二氧化碳減量排放：區域能源整合
104/06/05
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蔣本基｜
臺灣大學碳循環永續技術與評估研究中心
鍾岱均｜
臺灣大學碳循環永續技術與評估研究中心
潘述元｜
臺灣大學環境工程學研究所
「區域能源整合」中運用「生質物再利用」技術，可提高能源利用效率與減少二氧化碳排放，有助於發展低碳經濟。國內每年生質廢棄物數量龐大，透過適當技術可轉換成能源，做為生質燃料供應區域使用，也可做成肥料或土壤改良劑、建築材料，減少原物料的使用。
區域能源整合是二氧化碳減量的重要策略，許多先進國家已積極落實。能源包括電能、熱能（蒸氣、熱水、暖氣）、冷能（冷氣、冷卻水），而在一特定區域中，必存在著各式各樣的能源供應與需求。例如，具能源供應潛力的有傳統產業（鋼鐵、石化、造紙等工廠）、焚化爐（多餘熱能）及汽電共生廠（可供應蒸氣與電力）。另一方面，具能源需求潛力的有製造業（冷氣、冷卻水）、農村（冷氣、暖氣）、廠區（蒸氣、冷卻水）、住宅區與商業區（冷氣、暖氣、熱水）、工業區（蒸氣、冷氣、冷卻水）、高科技與電機電子廠（冷氣、冷卻水）等。
能源整合技術的發展已達多元組合且商業應用成熟，其中較常運用的技術包括汽電共生與冷熱電三生。一般火力發電廠的發電效率不高，100％ 的燃料能源只能轉換成30～40％ 的電能使用，60～70％ 以上的能源變成熱能，在製造及輸送電力過程中浪費掉。若透過冷熱電三生技術，經過能源階梯式利用，可使能源使用效率提高至80～90％，比起典型發電廠的效率高出兩倍以上。另一方面，區域能源整合技術也可透過多元化的操作來整合區域能資源。例如，把生質物再利用與鍋爐混燒技術結合，以減少化石燃料的使用。
先進國家在經濟成長及產業快速變遷的同時，已把廢棄物由管末處理朝向減少資源消耗、抑制廢棄物產出、資源回收再利用等零廢棄方向努力，並建立區域能源中心以提升整體區域能源使用效率。
生質物再利用
生質物種類繁多，常見的如生物汙泥、農林廢棄物、畜牧有機廢物以及事業廢棄物等。這些常見的生質物含有豐富有機物或營養物質，可回收處理供多種用途使用。因此，生質物妥善處理或資源化，產生「能源」做為區域能源供應中心，一直是環境工程人員的重大挑戰。
臺灣地狹人稠，土地資源有限，生質物產生量又逐年增加，若仍以傳統的掩埋法做為生物汙泥最終的處置，已不符合永續發展精神。因此，近年來試圖透過適當技術把生質物轉換成燃料或材料，重新進入地球生態系中循環。
生質物再利用產生能源
生質物可以透過厭氧消化、氣化、燃燒、熱解碳化等方式產生生質燃氣或輔助性燃料，提供能源給區域能源供應中心中的工廠製造蒸氣或做為建築物暖氣用。
生質物透過厭氧的水解、酸化與甲烷化產生生質氣體。水解時，利用水解菌把大分子化合物如蛋白質、碳水化合物、脂肪等，分解成胺基酸、單糖類、長鏈脂肪酸。酸化時，由產氫乙酸菌和乙酸合成菌轉換為乙酸、二氧化碳和氫氣，最後再經甲烷菌產生甲烷（沼氣）與氫氣。
生質物氣化技術是藉由熱能或蒸氣，把生質物中的碳水化合物轉變成氫氣和一氧化碳混合的合成氣，做為鍋爐燃燒的輔助燃料。另一方面，燃燒過程中產生的熱能可以回收蒸氣用於內燃機發電。生質物氣化的水含量越低越好，且汙泥氣化還會產生其他副產物如沼氣、二氧化碳、碳水化合物（焦油）、灰渣等。
生質物燃燒技術則是藉由燃料及氧氣，完全氧化生質物產生熱能、氣體及灰渣，熱能可以回收再利用，做為操作能源或產生電能與蒸氣，供給區域中其他建築或工廠使用。此外，燃燒可以消除生質物中的有害毒物及病原菌。但高溫燃燒時，會釋放重金屬、戴奧辛、二氧化硫等空氣汙染物，因此需經空氣汙染防治設備處理並符合排放標準後，始能排放到大氣中。
生質物碳化技術可分為低溫碳化、中溫碳化與高溫碳化，通常需加熱至攝氏300～1,000度，使生質物中的水分完全釋放，保留生質物中最高的含碳量。處理完的生質物造粒成形變成生質固體燃料，做為鍋爐加熱的輔助燃料。碳化產物的熱值會隨著碳化溫度提升而降低，因此碳化時溫度可設定在攝氏350度左右，這時生質碳可燃成分中的氧含量降低，進而提升碳含量。這技術有生質物減積與減量、提高生質物熱值、抑制一氧化二氮排放，容易貯存等優點。
做成肥料與材料
生質物經過減毒、焚化等程序，可再利用做為天然肥料與土壤改良劑，施放於農地、林地，不但可顯著提高土地、農業品質，也可提升林地面積，達到水土保持的目的。
例如，在地表直接撒放生物汙泥，可以使汙泥中的養分如氮、磷、鉀等元素被作物吸收利用，且汙泥中的有機物可做為土壤的調節劑改良土壤品質。這種生質物直接利用有低耗能、低操作費用等優點。另一方面，堆肥法以好氧通氣方式，利用微生物分解有機質如醣類、脂肪、胺基酸、蛋白質、碳水化合物、纖維素及木質素，把生物汙泥轉換成植栽土使用。
此外，生質物通常含有大量有機物及無機物，可利用物理化學方法自汙泥中萃取分離出有用的物質製成吸附劑，或回收貴重金屬。經過適當的燒結，混入廢玻璃及建築廢料可製成環保磚，並且可溶出而降低生質物內所含重金屬如鋅、鉛、銅、鎘等的量，減少環境衝擊。
另一方面，生物汙泥可與天然礦石如頁岩混合，以汙泥中的水分做為建築材料製品生產過程中必須添加的水分；利用汙泥中有機物補充建築材料製品燒製過程中的熱值需求；汙泥做為環保水泥，用於土木建築材料具有技術經濟和環保優勢。
區域能源整合是二氧化碳減量的重要策略，可大大提高能源利用效率及穩定電力系統供應。透過不同的技術有效利用生質物，可把它轉換成燃料及材料，生質物回收也有利於社區環境，提供表土豐富林地，回收已開採的土地更可以提高作物產量，減少水土流失。經由建立「新能源整合中心」與「能資源互相鏈結」的產業群組，整合熱能鏈結、發電、生質物再利用等技術，若能成功應用於日常生活，則邁向生生不息的綠色地球指日可待。
