生質物氣化原理與應用及展望

2018-07-16

蕭述三 特聘教授兼高等教育深耕辦公室執行長

國立中央大學


生質能為全球初級能源中再生能源的最大宗,生質能與其他再生能源相比,生質物更具有優勢,因為它相較其他的再生能源更均勻地分佈於地球,也具有豐富的多元性與可用性,因此生質能是在煤炭、石油和天然氣之後的第四大重要能源。而目前生質能提供超過全球能源的10%以上(Saidur et al., 2011)。有學者估計2050年,生質物包括廢棄物將超過全球的初級能源的四分之一或三分之一(Bauen et al., 2009)。

此外,廢棄物處理規範日加嚴謹,工業廢棄物處理常需耗費相當成本,而部分日常廢棄物回收處理技術亦相當困難。生質物氣化技術是一個很好的方式解決,不但省去廢棄物請廠商處理的成本,更能轉換成能源使用,符合循環經濟的理念。

和煤炭氣化一樣,生質物氣化是一項成熟的技術:是一種碳氫化合物熱化學的技術,涉及熱量、蒸汽和氧氣交互作用的環境下,將生質物轉換成氫氣與一氧化碳和其他產品,這些產物再經過一些轉換過程成為電力、FT合成原油、柴油、甲醇、乙醇,二甲醚(Dimethyl ether, DME)、乙酸甲酯(Methyl acetate)等。氣化技術最重要的技術之一為反應器的設計,傳統的氣化技術包括固定床(上升氣流和下降氣流)(fixed bed gasifier, updraft and downdraft),流化床(fluidized bed gasifier)和挾帶床氣化爐(entrained bed gasifier),如圖所示。近年來許多新型氣化技術逐漸開發成功,包括等離子氣化和濕生質物超臨界水的氣化技術等,將不同的原料轉化為氣體產品(Heidenreich and Foscolo, 2015; Sikarwaret al., 2016)。再者,隨著工藝技術的進步,氣化效能逐漸提升,包括能獲得更好的合成氣產率與濃度等,同時降低投資成本,使得生質物氣化技術具有更高的推廣潛力。

由於生長的生質物吸收大氣中的二氧化碳,這種方式具有碳中和的特性,因此若能搭配適當的碳捕獲技術,並結合儲能技術,可以達到非常低的淨碳排放。這個技術的發展除了氣化與碳捕獲技術的發展外,生質物的物流技術(biomass logistic)的成熟與否亦關係到生質物氣化技術的成功與否,因此以臺灣目前氣化技術基礎、地理位置及物流技術,生質物氣化技術是一個非常值得發展的綠能關鍵技術。

                          

                

References:
Saidur, Rahman, et al. "A review on biomass as a fuel for boilers." Renewable and sustainable energy reviews 15.5 (2011): 2262-2289.Reference

Bioenergy, I. E. A. "Bioenergy–a sustainable and reliable energy source." International Energy Agency Bioenergy, Paris, France(2009).

Heidenreich, Steffen, and Pier Ugo Foscolo. "New concepts in biomass gasification." Progress in energy and combustion science 46 (2015): 72-95.