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臺灣有哪些「智慧節能減碳」新技術可應用?專訪東海大學化學工程與材料工程學系張嘉修教授

112/08/31 瀏覽次數 3454
圖一:  減碳世代來臨,除了要做到減碳、零碳之外還要達到負碳目標才有機會真正減緩溫室效應!(影像來源:unsplash)

圖一:  減碳世代來臨,除了要做到減碳、零碳之外還要達到負碳目標才有機會真正減緩溫室效應!(影像來源:unsplash)

受到全球暖化影響,臺灣夏季一年比一年熱,促使節能減碳議題益發受到重視,然而對於已經被嚴重破壞的地球來說,不只需要減碳、零碳,更要積極做到負碳,才能真正減緩溫室效應,讓地球有機會回歸到原來美麗的樣貌。

東海大學化學工程與材料工程學系教授張嘉修認為,生質能結合碳捕捉及儲存技術(BECCS, Bioenergy with carbon capture and storage),是達成負碳目標最有可能的方式。

目前石油、媒或天然氣在發電時所產生的二氧化碳,即便再吸回去或封存起來,也只能達到零碳效果,無法減少地球表面的二氧化碳,而 BECCS 運用焙燒植物所產生的二氧化碳來發電,再將發電時產生的二氧化碳吸回去並儲存起來,從能源產生到使用整體流程中的二氧化碳淨排放為負值,如此才能真正減少二氧化碳。

目前全球最知名的 BECCS 系統為德拉克斯發電站(Drax Power Station),其發電量佔全英國總發電量的 6%、再生能源發電量的 20%,且發電時產生的二氧化碳亦會封存起來,預計 2030 年可望達成負碳目標,成為全球第一個達到負碳的發電廠。

而臺灣亦有企業投入發展 BECCS,廠商引進相關設備,將造紙過程中所產生的廢棄木質素用於發電,打造全臺最早、規模最大的木質素生質能發電系統。為了加速推動臺灣 BECCS 發展,張嘉修率領團隊一步步建構本土負碳技術流程,串接出一套解決方針。

第一步:設計與建造噸級生質物焙燒系統

首先團隊以稻桿、蔗渣、落葉等農業廢棄物為主,整合生質物焙燒、廢熱發電與製冷、生成固碳化學品等多項系統,同時達到發展再生能源及節能減碳的目標。

第一步焙燒是發展生質能源的重要基礎,因為農業廢棄物經過焙燒後,可以降低氧和水的含量,進而提高能源密度、減少體積,為了提高生質能發電量,張嘉修團隊突破規模門檻,打造百公斤級生質物焙燒系統,更貼近工業應用需求。

第二步:廢熱發電或製冷,供低碳園區使用

第二步則是將焙燒過後的農業廢棄物進行氣化(gasification),同樣運用團隊自行研發的雙流體化床(DFB, dual fluidized bed)氣化爐,催化農業廢棄物轉換成氣體。「與傳統氣化爐相比,雙流體化床的設計不只可提高效率、降低能耗與污染物的排放,」張嘉修說。

接下來再將農業廢棄物氣化後產生的氫氣和一氧化碳,通過管路導引至鍋爐進行燃燒,而燃燒時產生的廢熱則有二個用途,一是經由穿臨界有機朗肯循環(TRC, transcritical organic Rankine cycle)發電系統,將廢熱轉為電能,二是導入至吸收式冷凍機內轉換成冰水,用於製冷,無論發電或製冷,皆可提供低碳園區等相關場域使用。

第三步:產生固碳化學原料

第三步將發電或製冷時產生的一氧化碳及二氧化碳,轉成丁醇、琥珀酸、乳酸等生物化學原料(bio-based chemicals)。張嘉修說明,一氧化碳藉由微生物發酵、二氧化碳則透過藻類行光合作用,產生含有油和醣類的藻類生質體,油可用來發電,醣類則可做為發酵原料,催化出固碳化學原料。

張嘉修進一步指出,目前化學原料大多使用化石燃料,經過高溫高壓處理及添加催化劑後而生成,此種方式不只原料不環保,製程上也相當不環保,能耗及排碳量都很高,而生物製程的好處是低能耗低碳排,因為是在常溫常壓下進行,不會消耗更多的能源,自然也不會排出過多的二氧化碳。

目前,張嘉修團隊已和業界合作,將上述三套流程串接一套完整設備,同時也和雲林縣政府接洽中,希望能協助政府成立大型處理中心,集中處理農業廢棄物,用此設備將農業廢棄物轉成生質能,打造高效率的節能發電系統。

「未來,我們將持續精進系統功能,例如提高整體發電量,或推動更多場域導入此系統,希望能加速推動臺灣走向負碳目標,」張嘉修充滿期待的說。

資料來源

● 採訪東海大學化學工程與材料工程學系張嘉修教授

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