一、前言

隨著能源物料減少和環境友善意識抬頭，包括太陽能、風能、潮汐能、生質能等取自於自然的再生能源，成為全球發展趨勢，2015年聯合國氣候變化大會（COP21）承諾持續投資生質能源領域，包括提高燃料有效使用率的熱電聯產系統（combined heat and power，簡稱CHP）。能源系統的靈活性、政策方針與智慧能源計畫將會是達成生質能源應用的關鍵，評判生質能源的均化能源成本（levelized cost of energy，簡稱LCOE）則倚賴全球性的動態監測。目前生質能源供給正快速於亞洲的中國與印度擴張，而由於保護性分類電價制度（Feed-In Tariff）的支持，東南亞地區如馬來西亞、印度尼西亞與菲律賓，則是生質能源需求的主要市場。

二、生質能源介紹

生物質（Biomass）泛指有機體中能夠作為原料或進行再利用的物質，亦可理解成儲存於生物體的能量形式，由生物質衍生出的能源便是生質能源（Bioenergy）。

起初，生物質的來源為食物原料，例如穀物、玉米、甘蔗、油菜籽和乾淨食用油等等，然而將辛苦栽種的糧食作物用來產生能源，並不是長久的策略，隨著技術發展，現行生物質的來源逐漸轉移至非食用性的生物廢棄物，例如農作物外殼、林木剪枝廢料、動物糞便、家具工業廢料和回收廢食用油等等，也因此衍生出廢棄物衍生燃料（refuse-derived fuel，簡稱RDF）一詞，美國材料與試驗協會（American Society for Testing and Materials International，簡稱ASTM）依照RDF的加工程度將其分成七個階級，級別越高加工過程越多，產生能源的效率也相對較好，RDF兼具廢棄物回收與能源產出雙重效益，屬於相當環境友善的生質能源材料。

在產出生質能源的過程中，生物質需要藉由直接或間接的方式先轉換成生質燃料，再由生質燃料產生能源。常見的轉換方法如焚燒、氧化和發酵，而生質燃料依型態又可分成：

1. 氣體：包括一氧化碳、氫氣、甲烷等等，其中甲烷是最重要且最直接的生質燃料，而其餘氣體一般可直接作為轉換設備的能源，或進一步轉換成其他化學產品。
2. 液體：根據精煉程度高到低，可以分成生質酒精、生質柴油和生質燃油，藉由添加於石化汽油中，達到減少交通運輸汽油的使用量。
3. 固體：生物質經過物理性破碎、篩選、乾燥、加工等程序後，最後形成具特定形狀的固體燃料，主要應用在煤炭混燒電廠或一般工業鍋爐。

由於生物質來源和本身特性複雜，轉換過程也需要多道程序，上述三種型態的生質燃料通常不會單獨產生，也因此在開發轉換技術和設備時，需要考慮多方條件以收集或利用這些生質燃料，更遑論廢棄物生物質的轉換。以下將針對廢棄物生物質轉換成生質燃料這段過程，更詳細介紹相關技術。

三、廢棄生物質轉換成生質能源的創新技術案例

（一）林業與農業廢料－移動式熱裂解裝置（Mobile pyrolysis Plants，MPP）
相較於其他產生生質燃料的作法，熱裂解相對成本低且操作容易，是市場上將大型生物質，例如林業和農業廢料，轉換成生物燃料的主流方法。熱裂解法主要利用無氧加熱使生物質裂解成生物原油、氣體與生物炭（biochar），其中氣體包含主要生質燃料甲烷。因上述大型生物質透過熱裂解轉換成生物燃料時，需要投入大量勞力和運輸來收集生物質至特定地點，此過程額外增加了許多環境和經濟成本，於是位於澳大利亞的Pyrotech Energy公司開發出移動式熱裂解裝置，使用專利保護的特殊反應爐設計強化破碎大型生物質的能力，同時反應所產生的致癌物多環芳香烴（PAH）下降至傳統熱裂解的四分之一，再結合能直接進出生物質所在地的運送器具，讓熱裂解設備在當地轉換生物燃料，免除生物質運輸成本之外，產生的生質燃料亦可作為設備能源並直接回饋當地，大幅降低操作成本與使用效益。 

（二）廢水與汙泥－熱水解技術（Thermal hydrolysis technology）
熱水解技術廣泛應用於廢水和汙泥處置的前置程序，基本原理為利用高溫（攝氏140-170度）高壓（6-9大氣壓）進行消毒滅菌和去除有機汙染物，熱水解的時間、溫度與壓力大小隨著廢水或汙泥的組成不同，相關技術研究資料得到的最佳參數也不同，汙泥濃稠的特性也讓過程容易有處理不均勻的問題，加上熱水解後的一次淨化廢水或汙泥，還需經過掩埋、焚燒或無氧發酵的方式，才能產出可改善土壤貧瘠或做為肥料的生物固體（biosolid），以及生質燃料甲烷，因此雖然熱水解已經有二十年的商業使用歷史，目前仍屬於高營運成本與高環境成本的再生能源產生方法。加拿大的Lystek International公司改善熱水解技術的流程，加入鹼性化合物搭配高速剪切刀片，依汙泥組成可以使用相對低溫（攝氏75度）低耗能（60千瓦小時）的條件，破壞汙泥中微生物的細胞壁並加速汙染物水解，有效壓縮75-85百分比的汙泥總體積，提高甲烷生產量，運用此技術的一次淨化汙泥，後續搭配自家的發酵設備，還能產出符合美國國家環境保護局（Environmental Protection Agency，簡稱EPA）最高標準的生物固體，能應用在供人食用作物的農地。

（三）廢棄油脂油膏－生質柴油轉換技術
在進入生質柴油產生的程序前，必須先提到生質油料在使用上遇到的困境。首先在交通運輸方面，除了生質柴油以外，純度更高的生質酒精，以及應用在航運或重工業的生質燃油，三者大部分是混和至石化汽油中使用，而石化汽油根據油料辛烷值又可以分成92、95、98無鉛汽油和柴油，但是運輸工具的引擎在設計時就有最適用的油料種類，當駕駛選錯油料或誤混不同油料時，容易增加引擎爆震或積碳等耗損頻率，輕則影響運輸效率，重則直接破壞引擎，故生質柴油添加於石化汽油中的比例，以及油料間融合的程度，同樣也可能不適合部分運輸工具的引擎，導致國內使用生質柴油的經驗不佳；其次，生質柴油屬於降低碳足跡的再生能源，在美國政策補貼與減碳法規鼓勵下，美國能源資訊管理局推估2024年美國可能有超過50億加侖的生質柴油產出，然而這些措施變相驅使傳統煉油廠轉型成新式煉油廠，壓縮食用性動植物油的產出，同時也增加砍筏熱帶雨林以改種食用油農作物的誘因。故生質柴油的概念雖然很早就被提出，實際應用與效益仍有許多待解決之處。

英國的Argent Energy公司致力於開發廢棄油脂油膏轉換成生質油料的技術，在生質柴油的製程上取得多達54項專利，能接納處理多種廢棄油脂油膏，其中的關鍵技術核心之一，是能夠移除廢棄油類混和物中會干擾煉油的物質。在初步濾除廢棄油類混合物的雜質後，他們能將其中的游離脂肪酸比例降低至不影響後續煉油的範圍，於是可以精煉出高品質的生質柴油，和石化汽油間的油料相容性廣，能配合各式運輸工具提供不同比例的油料，改善生質柴油應用的困境。

四、結語

總觀以上，不同廢棄物生物質轉換成生質能源的過程有不同的困難，但優良的技術研發不受限於提高最終能源產出，轉換過程中的副產物或經濟效應亦能提高技術的整體價值。呼應全球永續發展和環境友善的思維，廢棄物生物質轉換為生質能源的潛力不容小覷，提供給讀者作參考。