摘要
生物質的內在能量主要來自太陽,並且可以在較短的時間內再生,因此被認為是一種可再生的低碳能源。具有碳捕獲和儲存功能的生物能源 (Bio-energy with carbon capture and storage, BECCS) 可以提供淨負排放,因能夠捕獲並儲存植物生長過程中的碳,並從大氣中移除,因此大氣中的碳會出現淨減少。英國的淨零排放戰略敘述了包括 BECCS 在內的溫室氣體清除 (Greenhouse Gas Removals, GGRs),對於補償航空、農業和重工業等最難脫碳行業的排放相當重要。 英國針對生物質使用的永續性標準,是世界上最嚴格的標準之一,包括保護森林、泥炭地和濕地,以確保維持森林的碳儲存量、面積與健康,以及溫室氣體減排標準,要求與生物質使用相關的生命週期減排量達到特定的閾值,以確保與其他方式相比,能夠實現顯著的減排。為促進減少溫室氣體排放,並減少直接和間接的環境風險,可再生運輸燃料義務 (Renewable Transport Fuel Obligation, RTFO) 等支持計劃,還包含對從廢棄物和殘留物中提取生物燃料的額外激勵措施,以及對糧食和飼料作物的限制。此外,對於運輸中使用的生物質,間接土地利用變化的風險也被考慮在內,並包含在有關溫室氣體減排的定期報告中。以下介紹能源用途與非能源用途的主要生物質原料: 1. 生物廢棄物和殘留物:英國大部分的生物質是來自於生物廢棄物和殘留物,可用於能源與非能源用途。如稻草等農業殘留物亦可用於動物飼料、墊草和改善土壤品質等。該戰略將考量如何最好地利用這種資源,來支持英國的脫碳目標,並將以廢棄物分級原則為指南,旨在盡可能地減少廢棄物、提高廢棄物作為資源的價值,以及減少廢棄物管理對環境的影響。此外,將廢棄物用作生物質原料,將持續符合英格蘭和權力下放行政部門實施的個別戰略與政策。在英格蘭,2018 年所發布的資源和廢棄物戰略,說明如何透過減少廢棄物、提高資源效率和轉向循環經濟來保護物質資源,包括到 2050 年實現零可避免之廢棄物、到 2030 年幾乎消除垃圾填埋場中的食物廢棄物、到 2035 年垃圾填埋場的城市垃圾不超過 10%,以及回收率達到 65%。 2. 耕種作物:糧食和飼料作物目前被用於一系列的生物能源用途,且有許多用於生物能源轉化的傳統技術,都是在考慮糧食和飼料作物的情況下開發的。例如小麥、玉米和糖用甜菜用於英國的生物乙醇生產,以及玉米和牧草用於厭氧消化以生產生物甲烷。對農民而言,出售生物能源為過剩、低品質作物,以及相關的農業殘留物提供次級市場的機會。在 2019 年,英國有 96,000 公頃的農地用於種植生物能源作物,占英國可耕地面積 1.6% 以上,其中有 20% 用於生產英國公路運輸的生物燃料;剩下的 80% 則主要用於生產供熱和發電的原料,包括英格蘭種植用於厭氧消化的 67,000 公頃玉米;然而,若將糧食和飼料作物用於能源目的,可能直接或間接導致原始森林和泥炭地等碳彙的破壞,或是嚴重破壞與其生物能源使用相關的任何碳節約,因此防止這種土地利用變化很重要。例如考量到間接土地利用變化影響的風險時,一些來自糧食和飼料作物的生物燃料,在生命週期的基礎上可能比化石燃料表現更差。此外,對於任何永續性生產,尚須解決集約化生產對水和土壤的潛在不利影響。 例如玉米等作物,無論是作為糧食種植還是用於能源生產,都有土壤破壞、侵蝕和水資源流失等風險,且是生物多樣性相對較差的作物,為此需要仔細監測其生長情況。 3. 多年生能源作物和短輪伐期林業 (Short Rotation Forestry, SRF):目前英國僅約10,000公頃土地種植多年生能源作物,主要用於供熱和發電。由於缺乏商業規模的加工能力,以經濟高效地將這些資源轉化為燃料,RTFO 所支持的低碳燃料中,鮮少使用多年生能源作物,因此目前 SRF 在英國的面積可忽略不計;然而,氣候變化委員會 (Climate Change Committee, CCC) 的第 6 次碳預算報告中,強調了多年生能源作物和 SRF 在透過增加土壤和生物量碳儲存量的同時,提供其他生態系統效益,來為英國的碳預算目標做出貢獻的巨大潛力,為此 CCC 建議將多達 708,000 公頃的土地用於能源作物生產,使人們越來越關注多年生能源作物和 SRF 作為生物質原料,在土地使用中實現溫室氣體減排的作用。 4. 英國的森林產品:在英格蘭,2021 年 5 月發布的英格蘭樹木行動計劃 (England Tree Action Plan, ETAP) 設定到本世紀中,林地覆蓋率至少達到 12% 的目標,包括管理及未管理的針葉樹與闊葉林,這將支持生物多樣性和其他的環境效益,以及提供硬木和軟木的永續性來源,以促進綠色經濟。此外,ETAP 規定在 2020 至 2025 年期間,將有超過 5 億英鎊的自然氣候基金用於樹木和林地,到本屆議會結束時至少使林地創造率增加 3 倍。權力下放的行政部門也制定了類似的戰略和政策,例如蘇格蘭政府已承諾到 2032 年前,林地覆蓋率從 19% 增加至 21%,以及每年的林地創造量從 2020 至 2021 年的每年 12,000 公頃,增加到 2024 至 2025 年的每年 18,000 公頃,其中 4,000 公頃將是原生林地;威爾士政府則是承諾到 2030 年植樹面積達 43,000 公頃,到 2050 年達 180,000 公頃。 5. 海洋與其他新型原料:相關證據顯示,藻類、海藻和海帶等海洋原料作為永續性生物質原料,可用於液體生物燃料、化學品、高價值產品和生物能源等生產。這些原料在熱解、氣化、烘烤和燃燒中的應用獲得證實,其中海藻已被用於材料和化學品領域。另一方面,大麻等作物用於絕緣材料等產品有巨大的潛力,有助於建築行業脫碳。商業能源與工業策略部 (Department for Business, Energy & Industrial Strategy, BEIS) 的生物質原料創新計劃,正在為 5 個項目提供資金,包含海藻、微藻、大麻、石南花和蕨類。 雖一些生物質技術能夠實現淨零目標與產生負排放,但在追求減緩氣候變化目標的同時,同時要避免任何非預期的負面社會、環境和經濟影響。例如生物質的某些用途會影響空氣品質,包括沼渣排放的氨會導致生物多樣性喪失,並對健康產生負面影響,或是在家庭、小型工業與商業燃燒中使用生物質也是英國 PM2.5 的主要來源之一。在缺乏適當監管的情況下,通過碳捕獲和儲存發電的生物質燃燒,可能導致 PM2.5 的大量排放。為此,英國對氨和 PM2.5 等 5 種最具破壞性的空氣污染物排放量制定法定上限,並對當地濃度制定更進一步的目標。隨著生物質使用的擴大,相關的監管要求將需要隨著時間而發展。此外,還需要進一步的研究與創新,以確保更好地了解對空氣品質的影響,並改進減排技術。以下敘述生物質在不同應用的相關措施: 1. 家庭與非家庭可再生熱能激勵措施 (Renewable Heat Incentive, RHI):RHI 是一項政府財政激勵計劃,旨在促進英國可再生熱能的使用,其中家庭 RHI 還支持顆粒爐,而非家庭 RHI 支持生物甲烷與其他可再生熱能技術。在 2011 至 2021 年期間,根據非家庭 RHI,有 17,971 項使用生物質技術已核准申請,總容量為 4,775.8 MW,能夠產出 45,831 GWh 的有償熱能;而根據 2014 至 2021 年的家庭 RHI,有 12,303 項使用生物質系統已核准申請,總估計容量為 319.3 MW,能夠產出 2,881 GWh 的有償熱能。 2. 鍋爐升級計畫 (Boiler Upgrade Scheme):為家庭 RHI 的接續政策,將於 2022 年初執行,為在家庭和英格蘭與威爾士的小型非家庭中,安裝熱泵及有限情況下生物質鍋爐提供財務方面的支持。目前對生物質鍋爐的支持將僅限於農村地區且未使用主燃氣的房屋,主要是為了避免在顆粒物污染更為嚴重的城市地區鼓勵燃燒生物質。 3. 氣體排放整合法規(Off-gas grid regulations):目前英格蘭約有 110 萬個家庭沒有連接到天然氣網路,並使用一些碳含量最高的燃料,包括石油和煤炭。隨著英國的供熱和建築戰略發布,2026 年起將逐步淘汰使用石油和煤炭等高碳化石燃料的供暖系統,並採用熱泵優先的方法來更換系統;然而,並非每個沒有天然氣網路的家庭都適合低溫熱泵,需要替代的低碳供暖解決方案,且符合實現淨零的途徑,以及政府在環境永續性和空氣品質方面的目標。因此在這些家庭中可考慮使用固體生物質和淨零排放的液體生物燃料,包括加氫植物油和生物液化石油氣等。 4. 生物甲烷等綠色氣體支持計劃 (Green Gas Support Scheme, GGSS):生物甲烷在幫助天然氣管脫碳方面發揮著重要作用,因其是目前唯一可用於綠色天然氣管的商業可擴展技術。GGSS 旨在為透過厭氧消化生產,並注入天然氣管的生物甲烷提供關稅支持,其有效期為 15 年,目標為將綠色氣體在管中的比例增加到目前的三倍,可減少高達 8.2 MtCO2e 的溫室氣體排放。 研究與創新是生物質、生物能源技術和更廣泛的生物經濟實現淨零排放的關鍵因素。為此,淨零創新投資組合 (Net Zero Innovation Portfolio, NZIP) 是一個 10 億英鎊的基金,旨在透過提供資金加速低碳技術、系統和商業模式的商業化,使英國在因應氣候變化方面發揮關鍵作用。此外,還有一系列其他現有和新興的英國政府與英國研究與創新 (UK Research and Innovation, UKRI) 的資助機會,預計將解決與生物質在實現淨零排放方面的挑戰,其敘述如下: 1. 創造永續性生物質供應:為了推動英國原料開發的創新,BEIS 生物質原料創新計劃,提供了 400 萬英鎊的 NZIP 資金,用於支持 25 個第一階段合約中永續性生物質生產的創新,其中高達 2,600 萬英鎊用於第一階段所提出的最佳解決方案。該計劃將支持能源作物和林業一系列的創新項目,並提高此類原料的產量、效率、成本的降低和獲利能力。 2. BECCS 創新途徑:氣化已被確定為創新的關鍵領域,因其在原料使用和產品方面具靈活性。氣化是目前正在開發的 BEIS NZIP 創新計劃重點,該計劃將為創新、改善資本支出 (Capital Expenditure, CAPEX) 與營業費用 (Operating Expense, OPEX)、氣化原料預處理、富氫氣體的改善與生物製氫處理的整體表現提供資金。 3. 空氣品質的影響:雖然氨排放與厭氧消化時所產生的副產品可以用做肥料,但當儲存或分布在陸地上時會導致氨的釋放。為此,英國政府已承諾資助一項技術經濟研究,以減少消化物的氨排放,並將為 GGSS 的中期計劃審查提供相關資訊。該研究將審查最適用於解決或減輕沼渣對環境影響的可用技術、在減輕環境影響方面的有效性、相關成本,將消化物作為產品附加價值的潛力。 4. 非能源產業的生物質:生物質有機會用於非能源產業,以生產高價值的可再生化學品和材料。且相關證據顯示,應更加支持生物精煉的概念,並透過增加生物質在材料和建築應用中的作用來創造循環經濟。為此,將使用合成化學、工程生物學與生物催化等已知技術,探索工業生物技術和將生物質材料加工成高價值產品。 在未來,BEIS 將就該戰略所有部分,持續與相關利益者和大眾接洽,並完成以下制定戰略的行動清單,以實現戰略目標 ,包括與相關利益者合作,提出一個詳細的優先使用架構,規定整個經濟中生物質最佳的利用,以實現淨零排放以及更廣泛的環境目標;確定需要解決的關鍵政策差距,以便在淨零排放優先領域部署生物質,並製定支持這些政策的架構;審查永續性生物質的數量,並在戰略中介紹審查結果;審查政府目前適用的生物質永續性標準,同時考慮到環境和社會等方面;評估生物質污染物排放的監管環境,以確保解決任何差距,並考慮緊縮排放標準;利用前述活動的成果製定全面且詳細的戰略,並在未來十年採取明確的行動。