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全球生質燃料市場、政策及創新科技發展

殷正華、古慧雯/ 發布日期:2024/05/28/ 瀏覽次數:210

一、前言
在全球淨零排放趨勢的推動下,交通運輸脫碳促進生質燃料的需求大幅成長,國際能源總署(International Energy Agency,IEA)預測至2028年,全球生質燃料總需求將增加23%。印度總理於2023年9月的G20高峰會上成立全球生質燃料聯盟(Global Biofuels Alliance, GBA),促進全球生質燃料政策、科技及市場發展。

然而,截至2021年,交通部門使用的能源約占全球總能源消耗的1/3,然而生質燃料僅占交通運輸消耗量的3.6%,對於實現2050年碳中和目標可謂杯水車薪。因此,各國積極推動生質能政策,包含以低碳燃料標準(low carbon fuel standards, LCFS)等市場政策作為拉力,鼓勵投資技術成熟的生質燃料;以及透過創新技術推動政策,促進次世代生質燃料技術的研發與示範;同時也將過去對生質燃料體積混合比例,改為對燃料碳強度(carbon intensity, CI)的要求,以期從原料到成品的完整流程都能逐步取代化石燃料,符合潔淨的標準。

二、生質燃料市場發展
生質燃料的型態分為氣態、液態及固態[1] ,氣態生質燃料包含生質甲烷、沼氣、合成氣;應用於交通運輸的生質燃料以液態為主,包含生質乙醇及生質柴油;固態生質燃料主要為固態廢棄物衍生燃料,如廢木材、城市垃圾。過去20年來,生質燃料的生產與應用需求都有增加趨勢,以美國(41%)、巴西、印尼為主要生產國。且各國的液態生質燃料依其農業特色各自發展,例如全球生質乙醇原料有60%來自玉米(以美國為代表),25%來自甘蔗(以巴西為代表),其餘為小麥、其他穀物、木薯、甜菜等。生質柴油的原料有75%來自植物油(30%棕櫚油、25%黃豆油、20%菜籽油)以及20%來自廢棄食用油(Used Cooking Oil, UCO)等脂質廢棄物(以中國、歐盟為主)。

近10年來由於新興國家,如巴西、印尼和印度,在政策推動及交通運輸燃料的脫碳需求下,IEA預測在2023年至2028年期間,生質燃料的需求將擴大380億公升,較上一個五年成長近30%。

三、生質燃料政策
在面對油價不穩定,特別是低油價時期,生質燃料的挑戰備加艱辛,主要仰賴政策工具來抗衡,包括規範混合比例或再生能源含量、制定低碳燃料標準(LCFS)、評估生質燃料生命週期 (LCA)、提供稅率優惠和補助等財政激勵,以及針對生質燃料來源制定永續標準。以下簡述五個主要國家的生質燃料政策(表一):

(一)歐盟
2022年歐盟REPowerEU計畫將2030年再生能源目標從40%提高到45%,同時推廣氫氣和生質甲烷,以替代來自俄羅斯的天然氣。此外,自2024年1月15日起,執委會建立生質燃料聯盟資料庫 (Union Database for Biofuels, UDB) [2] 監管生質燃料來源,並制定生質燃料的間接土地利用變化風險認證標準,以確保生質燃料來源的永續性。歐盟亦明確規定生質燃料的生命週期計算方式,以及在再生能源目標中的占比。

(二)美國
受到再生燃料標準(Renewable Fuel Standard, RFS)、降低通膨法案(Inflation Reduction Act, IRA)以及LCFS等政策的驅動,2022年美國生質燃料占再生能源比例已達18%,同時持推動以纖維素生產的生質燃料(Cellulosic biofuel)。除了將獎勵措施期限延長以外,並增加生質燃料生產信貸額度,對非食用原料的先進生質燃料提供承購協議,以鼓勵政策促進生質燃料CI的降低以及提高產量。

(三)中國
中國汽油、柴油市場成長迅速,國家級推動生質燃料型的計畫以「十四五」等五年期計畫為依歸。過去為消化庫存的玉米,曾在2017年推動車用乙醇汽油(E10)標準,爾後為避免危及糧食安全,生質燃料以非食用原料為主,目標至2025年將擴大以纖維素生產生質乙醇。此外,政府亦採取LCA及碳定價政策工具,並對於以廢油生產的生質柴油提供進出口稅額抵免。

(四)日本
日本能源主要仰賴進口,因此對再生能源非常重視,著重太陽能、風能、地熱、生質能等。「能源基本計畫」是指導日本能源政策的方針,在第6次能源基本計畫(Sixth Strategic Energy Plan) [3] 中,生質燃料主要應用於發電、產熱及航空燃料,並聚焦於垃圾、林業廢棄物、汙水汙泥等生質燃料來源,以提高資源循環效率。此外,日本制定生質乙醇目標容量,並提供稅收優惠、補貼和技術支持等,以鼓勵生質燃料的生產和使用。

(五)巴西
巴西憑藉豐富的甘蔗產量,一直都是使用生質燃料的先驅。除了發展生質乙醇,巴西國家石油公司也積極優化生質柴油製程技術,其創新燃料Diesel RX是將植物油透過氫化處理產製而成。巴西在2015年國家自主貢獻(Nationally Determined Contribution, NDC)中擬定再生能源政策框架,2017年啟動RenovaBio計畫,擴大對生質燃料的激勵政策,但不包括補貼,而且藉由發放脫碳信用額度憑證(Decarbonization Credits¬-CBIO),要求燃料商購買,以激勵生質燃料市場的應用。另以Rota2030規範車輛能源效率,將乙醇混合指令提高到E27(27%乙醇),同時加油站提供純乙醇,生質柴油混合指令也由B10(10%生質柴油)提高到B12(12%生質柴油),2026年將提高到B15(15%生質柴油)。

四、生質燃料科技創新案例
(一)提高廢棄物轉化氣態生質燃料的效率
德國ThyssenKrupp 集團開發的uhde®特殊蒸汽製程 (Entrained-flow Gasification Process)是將粉塵狀的固體生物質氣化,獲得合成氣態生質燃料。過程中回收鍋爐餘熱產生蒸氣,以提高轉換效率。反應後殘餘的爐渣及過濾後的飛灰可用做建築或水泥材料,提高附加價值。

(二)提升廚餘製氫產量
新加坡國立大學(National University of Singapore)將廚餘乾燥研磨後,在黑暗中利用微生物降解有機化合物(如廚餘),即透過暗發酵過程產生氫氣,並加入鐵(Fe)作為添加劑提高氫的產量達31%。

(三)大規模量產液態生質燃料
英國Velocys公司開發的費托 (Fischer-Tropsch)反應爐,是將生質原料透過費托(Fischer-Tropsch)技術合成液態烴或碳氫化合物。該反應爐降低原製程所需的壓力和溫度條件,並透過分散式或模組化設計,可大規模將有機廢棄物轉化為液態碳氫化合物。

(四)利用捕獲的碳轉化為生質燃料
德國Turn 2x公司開發一種新技術,以直接空氣捕獲技術、膜分離技術或生物技術捕獲生物源的二氧化碳,結合再生能源電解水產生的氫氣,透過模組化的蜂窩式反應器,在攝氏200~300度下轉化為綠色甲烷或再生天然氣(Renewable natural gas, RNG)。模組化技術除可快速擴展及容易維護外,成本較傳統以有機廢棄物的生產方式約低30%。

[1]科技發展觀測平台(2023). 生質能源的發展與相關技術趨勢https://outlook.stpi.narl.org.tw/index/focus-news/4b1141008723513d01872638b75a0423

[2]歐盟官網(2024.04.18查詢)https://energy.ec.europa.eu/topics/renewable-energy/bioenergy/biofuels_en

[3]日本第六次能源基本計畫(P65P121)https://www.enecho.meti.go.jp/category/others/basic_plan/

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