邱炳嶔 研究員

財團法人中技社

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生質物(biomass)來自於二氧化碳與植物的光合作用而生成，燃燒生質物所產生的能源稱之為生質能(bioenergy)，燃燒所排放之二氧化碳原本就存在於自然界中，可避免排放額外的二氧化碳導致全球暖化加劇，可視為是一種碳中和的能源種類。由於生質能具有環境碳中和的優點，可作為取代化石能源(fossil fuel)的替代能源之一。

國際能源署(IEA)預估到了2050年生質能將滿足20%的全球能源需求，較目前成長60%，其中包括生質固態燃料用於工業鍋爐、生質甲烷用於住商及工業部門，以及液體燃料用於交通運輸。生質能過去是一種傳統能源，透過燃燒木柴、生物排泄物等生質物(biomass)來產生熱能；時至今日，為了應用於現代的能源系統，像是發電廠、汽電共生廠之使用，生質物需透過前處理步驟轉化為高熱質之固態燃料、合成氣 (CO+H₂) 、甲烷、酒精等燃料。根據台灣「再生能源發展條例」之定義，生質能係指農林植物、沼氣及國內有機廢棄物直接利用或經處理所產生之能源，因此除了來自於自然界的生質物之外，有機廢棄物如廢塑膠、有機廢水等也屬於生質能的一部分。

生質能的種類廣泛，依照來源與能源轉換技術來區分，例如玉米發酵生產酒精、有機廢水厭氧消化生產甲烷燃料氣、廢塑膠高溫裂解生產燃料氣與燃油等。在產生能源的技術上 (產熱、發電) ，生質能與化石燃料基本上是相同的，而來源與種類的多樣化則是主要的區別，如何在眾多的生質物中找到品質佳、供應量充足且成本合理的生質物種類，是生質能應用需克服的障礙。應用生質能還須避免與糧食作物競爭有限的耕地，應透過發展農業技術提升產量，並設法利用廢棄物轉化為能源，是目前發展生質能需把握的原則。

生質能與化石燃料之比較詳見圖1。經過技術的進步及商業模式的發展，已有一些行業成功使用生質能取代化石能源，以下將介紹目前生質能成功應用案例與未來應用趨勢。

圖1 化石能源與生質能之比較，資料來源：作者整理

1.生質酒精

美國在汽油中添加生質酒精已行之多年，多年來在加油站提供含有10%生質酒精的汽油，可減少20到50%的碳排放量。其成本也隨著玉米生產技術精進，成本已低於汽油生產成本，在油品市場上，每加侖標準E10混合汽油 (E10代表添加10%的生質酒精) 比普通汽油便宜15～20美分。美國拜登政府於2022年中宣布出售E15之混合汽油，進一步提升生質酒精的使用量。在美國，大多數酒精從澱粉類作物加工生產，近 90% 的酒精工廠利用乾磨法將玉米磨成麵粉，再將其發酵成為酒精，也有透過濕磨法將玉米中的澱粉、蛋白質和纖維加工後，將包括酒精等多種成分分離出來。根據美國農業部資料，在2021 年美國在消耗了近 140 億加侖生質酒精，成為具商業規模、成本合宜的替代能源，是成功的生質能源應用範例。至於將玉米用於生產酒精是否會排擠糧食生產？從美國能源部提供的統計數據來看，美國自2010年至今，玉米用於生產生質酒精的使用量維持在約50億英斗左右，而隨著農業技術的進步，玉米總產量從2001年的99.2億英斗成長持續成長到2022年的150億英斗 (如圖2所示)，顯示隨著產量增加，可以減少對於糧食的排擠作用。從玉米生質酒精的案例中，突顯農業技術的進步對於生質能源應用的重要性。雖然生質酒精目前僅能夠取代10-15%的汽油使用量，但隨著基因編輯、纖維素轉化酒精技術持續進步，未來使用量可能持續增長，並應用運輸外的行業，像是化學、能源等。

2.廢水厭氧消化

廢水厭氧消化(anaerobic digestion)技術能夠將水中的有機物，在無氧環境下利用微生物轉換成甲烷氣。甲烷為天然氣 (natural gas) 主要成分，可作為替代天然氣發電的氣體燃料，在淨化廢水過程中，也可將水中有機物質轉換為能源使用。目前可以看到，台灣造紙業及化工業規模較大的業者，已開始在自家廠內廢水處理廠設置廢水沼氣發電系統。永豐餘(造紙業)在造紙過程中將使用大量能源，加上使用原料為木片，過程中會製造出許多有機副產物。在減碳的趨勢下，永豐餘身為造紙業大廠，在其新屋廠設有5.2 MW全台最大的廢水沼氣發電系統。永豐餘透過研發厭氧菌配方與培育技術，產生的甲烷濃度可達83%，與天然氣的濃度相似可提高發電效率，估計廢水厭氧消化產生之甲烷用於發電，每年可減少碳排放量約4.1萬公噸。亞東石化(化工業)因應「再生能源發展條例」規範用電大戶需建置10% 契約容量再生能源的政策，預計於2023年在觀音工業區之工廠，建置沼氣發電系統2.4 MW。雖然對於碳排放量動輒上百萬噸的排放量大戶來說，廢水沼氣的發電量並不足以成為最主要的減碳方式，但生質資源得以被充分利用，減少使用化石能源，積少成多將是邁向淨零碳排的必經之路。

3.固體燃料混燒發電

固體再生燃料 (Solid recovered fuel, SRF) ，係指以具適燃性之廢棄物做為燃料，亦可稱為固體回收燃料、固體再利用燃料或固體再生燃料。將具有熱值的有機物回收做為燃料，是產品生命週期的最末段，將其轉換為能源使用。環保署在2020年提出「固體再生燃料製造技術指引與品質規範」，有助於廢棄資源化，使SRF成為企業減碳的方式之一。永豐餘(造紙業)設置在其新屋廠設置全台首座零燃煤SRF，裝置發電容量9.5 MW，將製程餘料轉為SRF 燃料棒，燃燒後可產出蒸汽與電力供製程使用，替代燃煤使用每年可減少約8.8萬噸CO₂排放。​

4.發展中應用：燃煤電廠混燒生質固態燃料

能源業包括台電、台塑石化都已提出設置生質能電廠的相關規劃規劃，台電規劃將高雄興達燃煤電廠舊1號機改裝成生質能示範機組，預計2026年要設置500 MW；台塑石化評估將六輕石化園區內的汽電共生廠改為部分混燒生質固態燃料，目前評估的料源包括來自東南亞的椰子殼、棕櫚殼或北美的木質顆粒，由於電廠發電所需燃料量大，如何取得充足料源將是未來之挑戰。

5.發展中應用：永續航空燃料

生質能源公司已經能夠利用廢棄油類及動物脂肪製造永續航空燃料 (Sustainable Aviation Fuel, SAF) ，與一般燃油相比，可以減少50%的溫室氣體排放，但成本卻是一般燃油的2倍。德國漢莎航空自2024年起將從Shell採購180萬噸的SAF，未來隨著使用量的增加，成本可持續降低。

圖2 美國能源部Alternative Fuels Data Center，資料來源：https://reurl.cc/Q4E51p

 

結語

淨零碳排最主要的策略就是以低碳排的能源替代化石燃料，除了核能之外，離岸風電、太陽光電、生質能等皆有其適合的區域與發展條件，具有在地化、分散化的特徵。目前生質能主要應於工業與運輸部門，利用地域條件與循環經濟的方式來實現，像是利用造紙剩餘的副產物用於產生蒸氣與發電、工廠廢水厭氧消化產生甲烷、美國開發農業技術生產酒精等。由於生質燃料仍可使用既有的發電或燃燒技術，減少技術研發的障礙，因此技術發展著重於確保生質料源品質與供應量穩定，持續朝向航空燃油、電廠混燒等需求量更大的應用發展。

 

參考文獻

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2.生質乙醇等可再生燃料對經濟、環境及國家安全效益顯著, 2022, 美國穀物協會.

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4.因應油價波動，拜登增加乙醇汽油供應量, 2022, 中時新聞網.

5.2021永豐餘永續報告書, 2022, 永豐餘公司.

6.2021遠東新世紀永續報告書, 2022, 遠東新世紀公司.

7.2021台塑石化永續報告書, 2022, 台塑石化公司.

8.李適軒, 國際減碳實例：德國用生質能源作為永續航空燃料、丹麥發電廠同時結合垃圾處理與休閒空間, 2022, 關鍵評論網.

9.馮建棨, 除役機組變身生質能發電, 2023, 工商時報.