1、秋風(fēng)清，秋月明,落葉聚還散,寒鴉棲復(fù)驚。再生能源生質(zhì)能技術(shù)生質(zhì)能暨生質(zhì)燃料技術(shù)    生質(zhì)能（biomass energy或bio-energy），系指利用生質(zhì)物（biomass），經(jīng)轉(zhuǎn)換所獲得之可用能源，如電與熱。根據(jù)國際能源總署（International Energy Agency）的統(tǒng)計(jì)資料（IEA,2003）顯示，目前生質(zhì)能為全球第四大能源，僅次于石油、煤及天然氣，供應(yīng)了全球約11%的初級能源需求，同時(shí)也是目前最廣泛使用的一種再生能源，約占世界所有再生能源應(yīng)用的80%。截至2001年止，生質(zhì)能供應(yīng)約占世界所有再生能源利用的80%，依地區(qū)而分，其中亞洲（不

2、含中國大陸）占34.2%，非洲占23.9%，中國大陸占20.5%，經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織（OECD）會員國（含歐美澳日等30國）則占13%（IEA,2003）。估計(jì)至2050年時(shí)，生質(zhì)能將提供全世界將近38%的燃料需求及17%的電力供給，約為206EJ（Hall,1997）。    依據(jù)行政院再生能源發(fā)展條例(草案)（2002），我國生質(zhì)能定義為國內(nèi)農(nóng)林植物、沼氣、一般廢棄物與一般事業(yè)廢棄物等直接利用或經(jīng)處理所產(chǎn)生之能源，因此生質(zhì)物可泛指由生物產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)，例如木材與林業(yè)廢棄物如木屑等；農(nóng)作物與農(nóng)業(yè)廢棄物如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣等；畜牧業(yè)廢棄物如動物尸體、廢水處理所產(chǎn)

3、生的沼氣；都市垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產(chǎn)生的沼氣；工業(yè)有機(jī)廢棄物如有機(jī)污泥、廢塑橡膠、廢紙、黑液等。    由于廣義的生質(zhì)物的種類非常多，因此依據(jù)各種生質(zhì)物的物理與化學(xué)性質(zhì)、密集度、經(jīng)濟(jì)性的不同，在技術(shù)的分類上可依料源制備、轉(zhuǎn)換與應(yīng)用方式作區(qū)分如下：    1.料源技術(shù)：泛指料源的制備技術(shù)，如固態(tài)衍生燃料技術(shù)、富油脂藻類養(yǎng)殖/采收技術(shù)及陸生能源作物耕收技術(shù)等。    2.轉(zhuǎn)換技術(shù)：    (1)生物/化學(xué)轉(zhuǎn)換（bio-/chemical conversion）：如

4、經(jīng)發(fā)酵（fermentation）、酯化（esterification）等程序產(chǎn)生酒精汽油（gasohol）、沼氣（biogas）或生質(zhì)柴油；或利用生物菌種等方法產(chǎn)生氫氣、甲醇等燃料。    (2)熱轉(zhuǎn)換（thermal conversion）：如以氣化（gasification）、裂解（pyrolysis）方式產(chǎn)生合成燃?xì)猓╯yngas）或燃油等。    3.應(yīng)用技術(shù)：如生質(zhì)燃料用于車/船用引擎、發(fā)電內(nèi)燃機(jī)、鍋爐、燃料電池等，或進(jìn)行合成燃料精煉技術(shù)，以生產(chǎn)精密化學(xué)品等。一、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況(一)固態(tài)衍生燃料技術(shù) 

5、0;  固態(tài)廢棄物衍生燃料（RDF-5）系將生質(zhì)物廢棄物經(jīng)破碎、分選、干燥、混合添加劑及成型等過程而制成錠型燃料，其主要特性為大小、熱值均勻（約為煤的三分之二）、易于運(yùn)輸及儲存，在常溫下可儲存六至十二個(gè)月而不會腐化，因此十分便于利用，可將其直接應(yīng)用于機(jī)械床式鍋爐，流體化床鍋爐及發(fā)電鍋爐等作為主要燃料或與煤炭混燒，目前已成為全球生質(zhì)能技術(shù)的主要發(fā)展趨勢之一。    目前國外發(fā)展以日本最為發(fā)達(dá)，已有十年以上之時(shí)間，主要以處理都市廢棄物為主，自1988年第一座RDF-5廠落成后，每年皆有新的RDF-5廠完工運(yùn)轉(zhuǎn)，截至2002年底，已有53座RDF-5廠在運(yùn)轉(zhuǎn)中

6、，預(yù)計(jì)在2005年將達(dá)62座，以處理都市廢棄物為主，至于各廠之處理能力，由每日5t至300t不等，以處理量每日11t至30t所占之比例最高，其所產(chǎn)出之RDF-5可供作為水泥窯燃料，燃煤電廠輔助燃料，生產(chǎn)蒸汽或熱水事業(yè)之燃料，集中發(fā)電利用等。    RDF-5技術(shù)的發(fā)展，在歐洲也獲相當(dāng)之重視。目前歐聯(lián)各國由都市垃圾所產(chǎn)生的RDF-5總量，至2001年時(shí)已達(dá)3,000kt(Gendebienetal,2003)，其中奧地利、芬蘭、德國、意大利、荷蘭及瑞典等國之RDF-5生產(chǎn)系統(tǒng)已建置完成；比利時(shí)及英國則處于發(fā)展中；丹麥及法國在過去曾生產(chǎn)RDF-5，但因經(jīng)濟(jì)因素而中斷。

7、歐洲現(xiàn)行或未來對由都市垃圾所制成RDF-5的主要應(yīng)用方式包括用于現(xiàn)場（on-site）或遠(yuǎn)距（remote）的熱利用設(shè)備（如固定床或流體化床之燃燒、氣化及裂解）、用于燃煤鍋爐、水泥旋窯中之混燒（co-firing），以及與燃煤或生質(zhì)物混合氣化（co-gasification）。    我國則自1999年起開始研發(fā)RDF-5技術(shù)，在2001年建立了先導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)工廠，并藉以完成多項(xiàng)廢棄物制成RDF-5可行性試驗(yàn)。(二)富油脂藻類養(yǎng)殖/采收技術(shù)    油脂性微生物系指能夠在微生物細(xì)胞內(nèi)，蓄積油脂質(zhì)超過20%(w/w)生質(zhì)體的微生物（Ratle

8、dge,1989）。應(yīng)用微細(xì)藻體中油脂作為液態(tài)燃料的研究則首推美國能源部的燃料發(fā)展計(jì)畫室自1978年至1996年間長期資助由藻類衍生可再生性運(yùn)輸燃料的計(jì)劃，即水生物種計(jì)劃(Aquatic Species Program, ASP)，主要在進(jìn)行含高脂質(zhì)藻類經(jīng)大量培養(yǎng)后再轉(zhuǎn)制成生質(zhì)柴油的研究，并探討利用藻類固定火力發(fā)電廠排放的廢二氧化碳?xì)怏w之效率。在將近二十年的研究計(jì)劃中，發(fā)展許多操控藻類成長的因素及其生長系統(tǒng)工程技術(shù)，可做為未來發(fā)展的參考(Sheehanetal.,1998)。    根據(jù)水產(chǎn)試驗(yàn)所生物餌藻的研究成果顯示，不同的藻種所含的脂肪酸也大有不同，其中東港株

9、等鞭金藻，含有豐富的多元不飽和脂肪酸族之22碳6烯酸(4,7,10,13,16,19-docosahexaenoicacid,DHA)；而骨藻，俗稱硅藻，則含有大量的20碳5烯酸(5,8,11,14,17-eicosapentaenoicacid,EPA)(蘇素美，1999)。我國是一個(gè)海島國家，地處亞熱帶，西部沿海地區(qū)氣候適于藻類的養(yǎng)殖，除了再生燃料的取得外，附加固定廢二氧化碳或處理廢水，值得加以研究開發(fā)，在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，可先將高附加價(jià)值物質(zhì)，如DHA、EPA不飽和脂肪酸分離出來，再將其余的油脂質(zhì)作為生質(zhì)柴油的原料，提高整體經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)產(chǎn)商投資意愿。(三)陸生能源作物(油酯類/醣類/淀粉類)

10、耕收技術(shù)    能源作物并無明確之定義，一般而言系指能快速生長、易于栽培與采收、高單位面積產(chǎn)量、且容易轉(zhuǎn)化為發(fā)電燃料與運(yùn)輸用燃料之植物。農(nóng)作物中所含的許多成分都可以開發(fā)成為生物能源，其中用量最多、用途最廣的有油脂、糖、淀粉、蛋白質(zhì)、纖維等。目前國際間以農(nóng)產(chǎn)品做為可再生原料方面，最突出的領(lǐng)域當(dāng)屬能源作物（或稱為生質(zhì)作物），其范圍廣、數(shù)量大、效益顯著。全世界對于種植能源作物作為能源燃料的發(fā)展，已有相當(dāng)長的時(shí)間，主要的能源作物包括下列三大類，即淀粉及糖類作物、油脂作物與生產(chǎn)類似石油脂碳?xì)浠衔镏参铩?#160;   淀粉及糖類作物之生質(zhì)可轉(zhuǎn)換成酒精，

11、發(fā)展最有名的國家如巴西及美國；油脂作物之油脂可用化學(xué)方法處理，制成生質(zhì)柴油，如歐洲國家以油菜籽油、美國以黃豆油及馬來西亞以棕櫚油制造生質(zhì)柴油；此外，生產(chǎn)類似石油脂碳?xì)浠衔镏参铮捎善渲θ~提煉出類似石油之碳?xì)浠衔镏骸?四)木質(zhì)纖維素衍生酒精燃料技術(shù)    為了降低溫室氣體排放，酒精被視為有潛力取代汽油的運(yùn)輸燃料，為求商業(yè)化，生產(chǎn)成本必須降低俾能和化石燃料競爭。利用含糖和淀粉的原料(例如甘蔗和玉米)，原料成本約占酒精生產(chǎn)成本的40-70%(Claassenetal.,2002)；木質(zhì)纖維素(lignocellulose)是地球上數(shù)量最多最豐富的生質(zhì)物，若能將酒精

12、酦酵技術(shù)擴(kuò)展到利用木質(zhì)纖維素做為原料，將能降低酒精生產(chǎn)成本和增加燃料酒精的使用。利用纖維素生產(chǎn)酒精主要可分為成四個(gè)階段，包括前處理(pretrementment)，即將纖維素和半纖維素從與木質(zhì)素結(jié)合的復(fù)合物中釋放，使其容易進(jìn)行下一步驟的化學(xué)或生物處理；第二階段系將纖維素和半纖維素降解(degeneration)或水解(hydrolysis)以獲得各類單糖(freesugars)；第三階段則是將六碳糖和五碳糖的混合物酦酵產(chǎn)生酒精；最后為產(chǎn)品的回收與蒸餾。    加拿大IogenCo.投入四千萬美元以25年時(shí)間研究酵素法分解纖維素，目前已具有商業(yè)化規(guī)模(徐敬衡，200

13、5)。澳大利亞研究使用甘蔗、小麥及玉米等作物生產(chǎn)，或由木材加工副產(chǎn)品等原料釀制酒精，預(yù)期可釀制酒精約4,400萬加侖。我國對木質(zhì)纖維素衍生酒精燃料技術(shù)則尚待開發(fā)。(五)厭氧酦酵光合作用產(chǎn)氫技術(shù)    生物產(chǎn)氫法使用的微生物包括藻類和光合細(xì)菌在內(nèi)的光合微生物，以及兼性厭氧和絕對厭氧的酦酵產(chǎn)氫細(xì)菌。目前生物法產(chǎn)氫技術(shù)主要分為三類，包括暗酦酵法、光酦酵法與光合作用法(Dasand Veziroglu,2001)。光合作用產(chǎn)氫是以藻類或藍(lán)綠藻藉由光能進(jìn)行之生物光解作用而產(chǎn)生氫氣，因此不具有降解環(huán)境中有機(jī)物的功能。光酦酵與暗酦酵則是以有機(jī)物為電子提供者，經(jīng)由酦酵作用將有機(jī)質(zhì)

14、分解，伴隨產(chǎn)生的部份電子則藉由特定之電子傳遞系統(tǒng)與產(chǎn)氫酵素，將電子傳遞給水體中的質(zhì)子(H+)而產(chǎn)生氫氣。光合作用產(chǎn)氫之效率較差，且需要較大的操作面積，故不適用于地狹人稠的地區(qū)；酦酵產(chǎn)氫法可分解污染物同時(shí)產(chǎn)生氫氣，因此較適合發(fā)展。暗酦酵產(chǎn)氫比光合作用和光酦酵產(chǎn)氫之代謝速率快，操作條件要求也較低；光合產(chǎn)氫研究雖多并已取得一定成果，但暗酦酵產(chǎn)氫是生物法中最具潛能技術(shù)者。    美國產(chǎn)氫計(jì)劃源自于1990年所通過的Mastsunaga Hydrogen Research, Development and Demonstration Act，1996年美國國會通過Hydro

15、gen Future Act (HFA)，逐年提供14,000萬美元給美國能源部專供氫能源開發(fā)的相關(guān)研究，而下一個(gè)五年度的HFA延長計(jì)劃，申請經(jīng)費(fèi)更逐年擴(kuò)增到46,000萬美元(鄭幸雄等，2001)。美國能源部部長并于2004年4月宣布，聯(lián)邦政府將提供35,000萬美元計(jì)劃贈款，加上民間基金款項(xiàng)22,000萬美元，將在五年內(nèi)由加州州政府推動建造一條氫氣高速公路，并辟建氫氣加氣站。日本國際貿(mào)易與工業(yè)部于1990年提供約30億新臺幣的經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行光合菌產(chǎn)氫、產(chǎn)氫酵素及厭氧酦酵產(chǎn)氫等研究(鄭幸雄等，2001)。目前歐盟第六架構(gòu)計(jì)劃中，亦有將近一億歐元的經(jīng)費(fèi)支持16個(gè)氫能源利用及燃料電池的相關(guān)研究計(jì)劃。

16、中國自1990年開始，由國家自然科學(xué)基金支持進(jìn)行生物產(chǎn)氫技術(shù)研究，其成果被評選為中國大陸2000年十大科技進(jìn)展新聞。綜觀上述，足見國際上已大力推動氫氣能源的研究與發(fā)展。(六)生質(zhì)柴油制造技術(shù)    依我國石油管理法規(guī)定，生質(zhì)柴油（bio-diesel）系指以動植物油或廢食用油脂，經(jīng)轉(zhuǎn)化技術(shù)后所產(chǎn)生之酯類，直接使用或混合市售柴油使用作為燃料者。100%純生質(zhì)柴油稱之為B100，20vol%生質(zhì)柴油混合80vol%市售柴油的燃料稱之為B20，其制作的方式主要有四種，分別為直接混合使用（direstuse and blending）、微細(xì)乳化（microemulsion

17、s）、熱分解（thermal cracking）和轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)（transesterification），目前一般所使用的生產(chǎn)方式為利用轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。    轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)為醇與三酸甘油酯(triglycerides)間之化學(xué)反應(yīng)，其原理為利用加入的醇類，將植物油中的成分(三酸甘油酯)中的醇類取代，故與酯類的水解反應(yīng)相似，僅是醇類取代了水。轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)依使用觸媒種類可區(qū)分為化學(xué)觸媒(chemical catalyst)與生物觸媒(biocatalyst)兩種。利用化學(xué)觸媒生產(chǎn)生質(zhì)柴油有流程復(fù)雜、需有醇類回收裝置、酯化產(chǎn)物難回收、所產(chǎn)生之廢堿液排放、耗能較高等問題，因此近年來

18、逐漸發(fā)展以生物觸媒催化轉(zhuǎn)酯化方法制造生質(zhì)柴油之技術(shù)。生物觸媒使用方式與利用化學(xué)觸媒相似，唯利用微生物分泌之脂解酵素(lipase)為生物觸媒，生成酯類。此法于反應(yīng)完成后利用溶解度不同或密度不同進(jìn)行分離，經(jīng)過分離處理之生質(zhì)柴油之黏度與柴油接近，且其分子結(jié)構(gòu)與十六烷值與化石柴油相似，因此可成為質(zhì)量優(yōu)良的柴油替代品，然而此法之缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)化率較低，觸媒容易受短鏈醇類毒害而失活。    目前全世界生質(zhì)柴油產(chǎn)量超過150萬噸，歐洲占80%以上，德國是生質(zhì)柴油發(fā)展最成功的國家，產(chǎn)能超過110萬噸/年；美國是歐洲以外的主要發(fā)展國家。現(xiàn)階段商業(yè)化的生質(zhì)柴油制程系以化學(xué)觸媒的堿制程為主

19、，在料源方面，歐洲主要以菜籽油為主，美國為大豆油，日本則以廢食用油為原料，目前已有詳細(xì)的引擎測試分析、環(huán)境生態(tài)影響及油品保存運(yùn)輸研究，且歐美各國已有生質(zhì)柴油加油站。能環(huán)所進(jìn)行生質(zhì)柴油制造生產(chǎn)與應(yīng)用的相關(guān)研究計(jì)劃，經(jīng)公開征選程序遴選出位于嘉義之新日化公司合作興建示范廠，并在2004年建立國內(nèi)第一座3,000噸/年以上之生質(zhì)柴油生產(chǎn)示范廠(七)厭氧發(fā)酵產(chǎn)制甲烷技術(shù)    利用厭氧微生物分解有機(jī)物以產(chǎn)生甲烷（即沼氣）已是習(xí)知的觀念，早在二次世界大戰(zhàn)期間就已有利用甲烷作為汽車燃料的實(shí)例。厭氧酦酵產(chǎn)制甲烷之反應(yīng)可分為三個(gè)階段，并由三大類細(xì)菌負(fù)責(zé)完成代謝途徑，包括水解菌、酸生

20、成菌以及甲烷菌。第一階段由水解菌利用胞外酵素將復(fù)雜有機(jī)物分解成醣類、胺基酸等物質(zhì)，并于第二階段將上一階段的產(chǎn)物經(jīng)由酸生成菌作用后，轉(zhuǎn)變成各種分子較小且構(gòu)造簡單的物質(zhì)，如揮發(fā)酸、酮類和醛類等物質(zhì)。第三階段為甲烷生成階段。在此階段中，甲烷生成菌將第二階段的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成甲烷及二氧化碳。    全世界每年從生質(zhì)物經(jīng)未控制的甲烷酦酵而進(jìn)入大氣的甲烷量約為250×109kg，能量值為1.42×1018J/yr(劭信，1997)，該能量若以生質(zhì)燃料方式回收，則可取代部分的石油。大氣中甲烷主要是由自然和人為程序所產(chǎn)生，各占30%與70%。美國于1984建立第一座

21、生物能源示范廠，每天須處理1000噸干重生質(zhì)物，產(chǎn)生1013J的能量，此系統(tǒng)產(chǎn)生每GJ的甲烷費(fèi)用為6.7美元。美國已有400座之都市廢水處理設(shè)備采用厭氧酦酵進(jìn)行處理并回收甲烷(Spiegeletal.,1999)，歐洲于1994年時(shí)已設(shè)有處理工業(yè)廢水的厭氧設(shè)備330座(Lealetal.,1998)。    我國甲烷來源系以各生質(zhì)及廢棄物為主，種類包括畜牧廢水(豬只糞尿)、家庭污水(污水處理廠)、垃圾掩埋場及各行業(yè)廢水(物)。上述甲烷生產(chǎn)屬小型規(guī)模無法變成管線氣，利用方式只局限于直接燃燒與產(chǎn)生電力，例如中小型養(yǎng)豬場用于保溫?zé)艋蛘吣承┘徔棌S之當(dāng)作鍋爐輔助燃料。農(nóng)委會

22、及農(nóng)林廳曾輔導(dǎo)開發(fā)各種甲烷氣之利用。(八)生物燃料電池    生物燃料電池（bio-fuelcell）是一種利用生物觸媒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，其主要優(yōu)點(diǎn)包括可由再生資源生產(chǎn)潔凈的能源；電力來源系統(tǒng)小而輕；不需要貴重金屬觸媒成本，可能比傳統(tǒng)燃料電池便宜；可不需分離膜分隔陰極和陽極，設(shè)計(jì)可較簡單；生物燃料電池的燃料較安全且容易取得(Katzetal.,2003)。    目前全球在生物燃料電池的發(fā)展仍屬于實(shí)驗(yàn)室階段，但在2003年，AkerminInc.成立，其主要目標(biāo)是欲將St.Louis大學(xué)所發(fā)展的生物燃料電池技術(shù)商業(yè)化，以酒精為

23、燃料，并希望不久的將來其效率能與直接甲醇燃料電池相當(dāng)，同時(shí)也希望價(jià)格能更低(Heydorn,2004)。利用微生物當(dāng)生物觸媒主要缺點(diǎn)在于其電子傳遞效率低，目前主要利用添加電子介質(zhì)以提高其電子傳遞效率，Chaudhury and Lovely(2003)發(fā)現(xiàn)一種微生物，其在鐵離子(III)的存在下可以代謝葡萄糖并直接將電子轉(zhuǎn)移到電極，其對葡萄糖所含電子的傳遞到電極的效率高達(dá)83%，但是其電流密度僅達(dá)0.003mA/cm2。我國現(xiàn)階段則與美國加州柏克萊大學(xué)進(jìn)行相關(guān)之開發(fā)研究，并將生物燃料電池列為發(fā)展目標(biāo)之一。 (九)裂解技術(shù)（pyrolysis）    裂解

24、技術(shù)系指由生質(zhì)物廢棄物所衍生制成的液態(tài)燃料，其可由固態(tài)衍生燃料或廢棄物直接經(jīng)無氧熱裂解（thermal pyrolysis）等進(jìn)一步制造程序產(chǎn)生，其程序又稱之為液化（liquefaction）。若經(jīng)適當(dāng)?shù)募兓^程，其熱值可有效的提升，增加其利用的便利性。新近發(fā)展的快速裂解（fast pyrolysis）技術(shù)則系在高溫、缺氧狀態(tài)下，快速加熱廢棄物，并快速冷凝其所產(chǎn)生的氣體，以獲得合成燃油，且其產(chǎn)品非僅限于能源產(chǎn)品，如可生產(chǎn)高附加價(jià)值的特用化學(xué)品。快速裂解的主要操作溫度略高于傳統(tǒng)裂解方法，約在450oC至600oC之間，停滯時(shí)間則小于一秒，由于快速升溫、迅速冷卻，避免二次裂解（cracking），

25、因此可獲取最大液體產(chǎn)量，約達(dá)75%左右，另伴隨約15%的產(chǎn)氣及約10%的焦碳；而最大液體產(chǎn)量即可作為快速裂解的定義（Bridgwater,1999）。    目前國外已發(fā)展之快速裂解反應(yīng)器有氣泡式流體化床、循環(huán)式流體化床、快速輸送床（transported bed）及旋轉(zhuǎn)錐體反應(yīng)器（rotating cone reactor）等多種。由于快速裂解需要較高的熱傳效率，故流體化床為一不錯(cuò)的選擇，且流體化床也易于操作及制程放大。目前氣泡式流體化床反應(yīng)器已被廣為選用進(jìn)行開發(fā)，例如Union Fenosa于西班牙建造之200kg/hr先導(dǎo)設(shè)備、Dynamotive以RTI之

26、設(shè)計(jì)于加拿大建造之50kg/hr的設(shè)備，以及Wellman于英國建造之200kg/hr設(shè)備，均采用流體化床設(shè)計(jì)（Bridgwater,2003）。目前廢棄物裂解生產(chǎn)合成燃油的技術(shù)雖未完全商業(yè)化，但未來的發(fā)展將會以快速裂解技術(shù)為主。    國內(nèi)在廢棄物裂解利用技術(shù)開發(fā)方面，已有數(shù)家廠商以廢塑料與廢輪胎為進(jìn)料，制造衍生燃油；而能環(huán)所則已成功開發(fā)出廢保麗龍液化系統(tǒng)，目前已完成處理量100kg/hr與300kg/hr兩套原型機(jī)組，并獲多項(xiàng)專利，也分別移轉(zhuǎn)給其它業(yè)者，目前亦采用快速裂解技術(shù)，完成200kg/hr廢塑料液化處理示范系統(tǒng)，正進(jìn)行測試中。液化技術(shù)產(chǎn)制之衍生燃油具高

27、熱值且運(yùn)儲方便，可作為鍋爐之輔助燃料或直接使用于發(fā)電機(jī)，符合廢料自行處理與清潔生產(chǎn)之環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益。(十)氣化技術(shù)（gasification）    氣化技術(shù)系指由生質(zhì)物廢棄物所衍生制成的氣態(tài)燃料，一般以氣化（gasification）程序?yàn)槠淅弥夹g(shù)。氣化程序?qū)贌峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)，系在高溫下進(jìn)行非催化性的部分氧化反應(yīng)，將含碳物質(zhì)（如生質(zhì)物廢棄物或煤炭等）轉(zhuǎn)換成以氣態(tài)燃料為主，可供利用的能源。經(jīng)氣化反應(yīng)所產(chǎn)生之可燃?xì)怏w主要包括一氧化碳、氫氣、甲烷等，可直接作為鍋爐與發(fā)電機(jī)組之燃料，供應(yīng)所需之蒸汽及電力（吳耿東、李宏臺，2001）；另亦有部分燃料油、焦碳、焦油、灰份等

28、產(chǎn)物，可供作其它用途，如特用化學(xué)品等；此外，氣化所生產(chǎn)的燃?xì)猓嗫赊D(zhuǎn)化為甲醇，配合燃料電池之使用。    目前全球最積極發(fā)展生質(zhì)物廢棄物氣化技術(shù)的地區(qū)是歐洲，其它世界各國均在密切注意歐洲在氣化技術(shù)的發(fā)展情形，除因歐洲一向在環(huán)保方面具有良好的聲譽(yù)外，歐洲現(xiàn)已成為全球生質(zhì)物廢棄物氣化技術(shù)最大的市場。根據(jù)預(yù)測，在1999至2008年間，歐洲生質(zhì)物廢棄物氣化系統(tǒng)數(shù)量將占全球42%之多，其它地區(qū)分別是日本18%，北美17%，東南亞10%，拉丁美洲5%（Heermannetal.,2000）。現(xiàn)階段全球生質(zhì)物與廢棄物氣化系統(tǒng)發(fā)展正由示范階段跨入完全商轉(zhuǎn)階段，Bioneer、P

29、RMEnergy、FosterWheeler、Lurgi Umwelt為主要生產(chǎn)商用氣化爐之制造商。現(xiàn)階段全球以氣化混燒發(fā)電為主要發(fā)展目標(biāo)之一，較受矚目的示范廠共有四座，包括澳地利Zeltweg、芬蘭Lahti、荷蘭Amer、及美國Vermont；以生質(zhì)物為料源之IGCC廠計(jì)6座，規(guī)模均在10MW以下，另小型固定床氣化系統(tǒng)有13座（Kwant and Knoef,2002）。    國內(nèi)在廢棄物氣化利用技術(shù)發(fā)展上，能環(huán)所過去數(shù)年進(jìn)行稻殼氣化回收熱能之研究，成功開發(fā)一10kWe下吸式稻殼氣化反應(yīng)爐，以及一900kWth先導(dǎo)型循環(huán)式流體化床氣化爐，同時(shí)亦開發(fā)完成一30

30、0kWth農(nóng)業(yè)氣化利用示范系統(tǒng)，目前正進(jìn)行各項(xiàng)測試工作，將有助于開發(fā)本土生質(zhì)物氣化發(fā)電系統(tǒng)。二、國內(nèi)外發(fā)展競爭力分析(SWOT)    上述各項(xiàng)技術(shù)之SWOT分析茲綜合整理如表3-1-4-1所示。表3-1-4-1生質(zhì)能技術(shù)SWOT分析 技術(shù)優(yōu)勢(Strength)弱勢(Weakness)機(jī)會(Opportunity)威脅(Threat)固態(tài)衍生燃料技術(shù)技術(shù)已臻成熟，國內(nèi)亦已建立示范系統(tǒng)建造成本較國外低廉3.產(chǎn)品易于儲存運(yùn)輸與使用生產(chǎn)/利用體系尚未成熟廢棄物性質(zhì)與種類復(fù)雜污染防治設(shè)備投資高大型垃圾焚化廠停建傳統(tǒng)燃料價(jià)格上漲垃圾逐年減量，料源供應(yīng)不足環(huán)評作業(yè)耗費(fèi)時(shí)間民

31、眾抗?fàn)幭嚓P(guān)管理法令均尚未臻完備富油脂藻類養(yǎng)殖/采收技術(shù)微細(xì)藻生長快速可立體化培養(yǎng)，單位面積產(chǎn)量大油脂含量高氣候條件適當(dāng)1.國內(nèi)相關(guān)研究較少2.藻類培養(yǎng)環(huán)境不易控制1.高單價(jià)附加產(chǎn)品回收2.生質(zhì)柴油需求量增加1.油品質(zhì)量與產(chǎn)量較難控制2.研發(fā)成本較高陸生能源作物耕收技術(shù)1.現(xiàn)有種植技術(shù)即可應(yīng)用2.可結(jié)合觀光事業(yè)1.國內(nèi)相關(guān)研究較少2.需建立跨部會之協(xié)調(diào)機(jī)制1.休耕農(nóng)地可轉(zhuǎn)種能源作物，增加農(nóng)民收入2.生質(zhì)柴油等利用能源作物之需求增加受WTO農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼政策限制2.相關(guān)法令未完備木質(zhì)纖維素衍生酒精燃料技術(shù)1.料源較多2.價(jià)格較低1.將木質(zhì)纖維素取出糖類進(jìn)行乙醇酦酵仍有技術(shù)上之困難1.可與加拿大進(jìn)行合作研

32、發(fā)相關(guān)技術(shù)2.目前利用率低，值得開發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)并無明確的獎(jiǎng)勵(lì)措施與法令土地有限，物料比國外貴厭氧發(fā)酵/光合作用產(chǎn)氫技術(shù)1.無污染2.于常溫常壓下操作并不需提供額外能源，可消化廢棄物減少環(huán)境污染3.氫氣熱值相當(dāng)高4.技術(shù)居于國際領(lǐng)先地位1.技術(shù)仍在研發(fā)階段，未進(jìn)入實(shí)用化階段，尚未有任何實(shí)廠化案例1.能源工業(yè)中氫氣是極好的傳熱載體2.氫能可利用形式眾多3.物料來源豐富4.因應(yīng)燃料電池動力的普及，氫能市場將有極大幅度的擴(kuò)張5.已有學(xué)術(shù)單位投入生物產(chǎn)氫的基礎(chǔ)研究，九年以上的深厚基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)上，不遜于各先進(jìn)國家1.日本、歐盟、美國等國家皆已投入大量經(jīng)費(fèi)進(jìn)行全面整合性之研究2.各先進(jìn)國家多已進(jìn)入技術(shù)

33、實(shí)用化開發(fā)階段，開始進(jìn)行大規(guī)模戶外生物產(chǎn)氫程序示范。受限于學(xué)術(shù)界研發(fā)規(guī)模有限，在生物產(chǎn)氫實(shí)用化上是較為落后的生質(zhì)柴油技術(shù)1.可直接替代傳統(tǒng)柴油或混合傳統(tǒng)柴油使用2.具有潤滑效用，降低引擎金屬之磨損3.具環(huán)境友善性及污染排放低4.生質(zhì)柴油產(chǎn)制技術(shù)已臻成熟，國內(nèi)亦已建立示范系統(tǒng)生質(zhì)柴油與傳統(tǒng)柴油的價(jià)差偏高柴油車輛為相對少數(shù)，且多為商用及公務(wù)用途，油價(jià)波動影響較大地區(qū)地狹人稠，能源作物種植成本偏高農(nóng)政單位整體檢討農(nóng)地休耕補(bǔ)貼措施及提升農(nóng)地利用效能柴油自用小客車已陸續(xù)開放進(jìn)口，柴油引擎技術(shù)亦已兼顧環(huán)保考慮大幅提升符合綠色產(chǎn)品規(guī)格，納入綠色采購范疇，擴(kuò)大公務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用在有限的農(nóng)地資源下，油脂作物及酒精作物

34、存在著排擠效應(yīng)國內(nèi)廢食用油流向管制尚未建立，不利于未來料源的擴(kuò)展在現(xiàn)行法令規(guī)范下，生質(zhì)柴油尚未能直接透過加油站業(yè)者銷售厭氧酦酵產(chǎn)制甲烷技術(shù)1.已具有成熟的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)2.使用甲烷燃料相對于石化燃料可以降低空氣污染且較低之二氧化碳產(chǎn)生量1.規(guī)模小，無法建立管線氣2.利用方式只局限于直接燃燒與產(chǎn)生電力1.料源豐富，各種生質(zhì)物及廢棄物皆可利用1.國外已有商業(yè)化發(fā)電廠2.相關(guān)產(chǎn)業(yè)并無明確的獎(jiǎng)勵(lì)措施與法令 生物燃料電池技術(shù)1.可使用之燃料范圍廣2.反應(yīng)溫度較低1.電流密度低2.生物觸媒壽命較短3.尚在研發(fā)階段1.3C電池需求量高2.燃料安全性高且取得方便 1.能量密度不及直接式甲醇/乙醇

35、燃料電池2.各種電池技術(shù)較成熟及價(jià)格低裂解技術(shù)  國內(nèi)已建立示范系統(tǒng)  產(chǎn)品易于儲存運(yùn)輸與使用系統(tǒng)容量不需太大即具經(jīng)濟(jì)性1.多以分選過種類較單純的生質(zhì)物或廢棄物為料源2.國內(nèi)研發(fā)仍需加強(qiáng)1.國內(nèi)廢塑料處理仍待解決2.電子類廢棄物處理已成問題1.廢棄物中原含有的重金屬與硫、氯等成分會部分留在產(chǎn)品油內(nèi)，而限制用途氣化技術(shù)國內(nèi)已建立示范系統(tǒng)可處理種類、性質(zhì)復(fù)雜的廢棄物所需空氣量較直接燃燒時(shí)少，除塵設(shè)備投資低剩余氧量很少，可避免戴奧辛前驅(qū)物氯酚之產(chǎn)生應(yīng)用規(guī)模不若國外大技術(shù)層次高，操作訓(xùn)練養(yǎng)成較不易1.適合已具粉煤或燃油鍋爐者進(jìn)行廢棄物氣化混燒，以解決廠區(qū)廢棄物問題 市場及

36、規(guī)模無法吸引國外大廠投資以吸取國外經(jīng)驗(yàn)投資成本較高，國內(nèi)法令尚未完備三、國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展指標(biāo)比較     有關(guān)上述各生質(zhì)能技術(shù)在國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展指標(biāo)之比較整理列于表3-1-4-2中。表3-1-4-2生質(zhì)能技術(shù)國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展指標(biāo)之比較 技術(shù)項(xiàng)目國外技術(shù)發(fā)展指標(biāo)國內(nèi)技術(shù)發(fā)展指標(biāo)固態(tài)衍生燃料技術(shù)1.日本之發(fā)展RDF-5技術(shù)已有十年以上之時(shí)間，截至2004年底，已超過60座RDF-5廠在運(yùn)轉(zhuǎn)中，預(yù)計(jì)在2005年將達(dá)62座，以處理都市廢棄物為主。至于各廠之處理能力，由每日5噸至300噸不等，以處理量每日11噸至30噸所占之比例最高。2.歐盟各國由都市垃圾所產(chǎn)生的R

37、DF-5總量，據(jù)估計(jì)2001年時(shí)已達(dá)三百萬噸。3.荷蘭已有ROFIRER商標(biāo)之RDF-5產(chǎn)品，系由Kappa Roermond Paper Mill所產(chǎn)制，其料源來自紙廠廢棄物，熱值達(dá)5,670kcal/kg。1.與日本RDF-5廠比較，國內(nèi)技術(shù)在相同設(shè)置容量及處理流程下，本技術(shù)設(shè)置及操作成本可降低1/3以上。2.在能源局之支持下，完成我國第一座RDF-5示范廠之興建（1,000kg/hr處理量），并將RDF-5技術(shù)移轉(zhuǎn)給民間業(yè)者。3.與業(yè)界合作完成實(shí)廠混燒測試，在商轉(zhuǎn)之大型流體化床汽電鍋爐進(jìn)行RDF-5與燃煤混燒，可符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，且鍋爐操作穩(wěn)定，產(chǎn)汽量與爐溫變化小。富油脂藻類養(yǎng)殖/采收技術(shù)1

38、.美國能源部的燃料發(fā)展計(jì)畫室自1978年至1996年間長期資助由藻類衍生可再生性運(yùn)輸燃料的計(jì)劃，主要在進(jìn)行含高脂質(zhì)藻類經(jīng)大量培養(yǎng)后再轉(zhuǎn)制成生質(zhì)柴油的研究，并探討利用藻類固定火力發(fā)電廠排放的廢二氧化碳?xì)怏w之效率。在將近二十年的研究計(jì)劃中，發(fā)展許多操控藻類成長的因素及其生長系統(tǒng)工程技術(shù)，可做為未來發(fā)展的參考(Sheehanetal.,1998)。1.東港水產(chǎn)試驗(yàn)所生物餌藻的研究顯示，不同的藻種所含的脂肪酸也大有不同，其中東港株等鞭金藻，含有豐富的多元不飽和脂肪酸族之22碳6烯酸(4,7,10,13,16,19-docosahexaenoicacid,DHA)；而骨藻，俗稱硅藻，則含有大量的20碳5

39、烯酸(5,8,11,14,17-eicosapentaenoicacid,EPA)(蘇素美，1999)。陸生能源作物耕收技術(shù)1.油脂作物之油脂可用化學(xué)方法處理，制成生質(zhì)柴油，如歐洲國家以油菜籽油、美國以黃豆油及馬來西亞以棕櫚油制造生質(zhì)柴油。2.生產(chǎn)類似石油脂碳?xì)浠衔镏参铮捎善渲θ~提煉出類似石油之碳?xì)浠衔镏骸?.我國目前僅有小部分試種及進(jìn)行相關(guān)評估工作木質(zhì)纖維素衍生酒精燃料技術(shù)1.日本推行發(fā)展石油替代研究計(jì)劃，建立一座模廠每日處理720公斤的木質(zhì)纖維可產(chǎn)酒精150-200升/天。2.法國建立一座模廠，操作50m3的酦酵槽進(jìn)行酒精酦酵，其轉(zhuǎn)換系數(shù)為每消耗1000公斤的白楊木可產(chǎn)出160-1

40、90公斤酒精(Balleronoetal.,1994)。3.未來5-10年內(nèi)木質(zhì)纖維素衍生酒精燃料之成本若能降至生產(chǎn)一升酒精只需0.2美元(臺幣6.4元)，則此項(xiàng)技術(shù)將具有競爭優(yōu)勢（Janusz and Jan,1996）。1.尚并未針對木質(zhì)纖維素的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究。厭氧酦酵/光合作用產(chǎn)氫技術(shù)加拿大Valdez-Vazquez等教授(Valdez-Vazquezetal.,2004)以固體基質(zhì)厭氧消化菌處理紙漿廢水可得34mmolH2/reactor。香港Fang等人曾以CSTR反應(yīng)器形成顆粒污泥來進(jìn)行蔗糖(12.15g/L)之酦酵產(chǎn)氫，最佳產(chǎn)氫速率為13.0L/d/L或0.531mole/

41、d/L(HRT=6h)(Fangetal.,2002)。Rackman等人以填充床(packed bed)反應(yīng)器形成自凝絮性細(xì)胞(self-flocculatedcell)，進(jìn)行葡萄糖轉(zhuǎn)化氫氣，最佳產(chǎn)氫速率達(dá)34.1L/d/L或1.39mole/d/L(HRT=1.5h)(Rackmanetal.,1998)。國內(nèi)目前之厭氧酦酵產(chǎn)氫技術(shù)，菌種以純菌或經(jīng)馴化具產(chǎn)氫活性之污泥為主，基質(zhì)則可分為復(fù)合基質(zhì)、固態(tài)有機(jī)物及碳水化合物。生物產(chǎn)氫系統(tǒng)主要是以批式、CSTR、ASBR、CIGSB、UASB等生物反應(yīng)器來進(jìn)行生物產(chǎn)氫程序，探討厭氧酦酵/光合作用產(chǎn)氫技術(shù)之基礎(chǔ)研究，但對于量產(chǎn)程序尚未列入考慮。生質(zhì)柴油技術(shù)目前全世界生質(zhì)柴油產(chǎn)量超過150萬噸，歐洲占80%以上，德國是生質(zhì)柴油發(fā)展最成功的國家，產(chǎn)能超過110萬噸/年；美國是歐洲以外的主要發(fā)展國家。現(xiàn)階段商業(yè)化的生質(zhì)柴油制程系以化學(xué)觸媒的堿制程為主，在料源方面，歐洲主要以菜籽油為主，美國