台灣生質能源現況與展望 - 萬皓鵬 組長

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1. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 台灣生質能源現況與展望 萬皓鵬 博士 工業技術研究院 綠能與環境研究所 新能源技術組 2019年3月8日
2. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 內 容 生質能/廢棄物能源現況與趨勢 生質能源製造與應用技術 – 固態廢棄物衍生燃料-RDF-5 – 快速裂解-RDF-6 – 氣化技術-RDF-7 – 生物/化學轉換技術 • 沼氣 • 生質柴油 • 生質酒精 結語 2
3. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 3
4. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質能/廢棄物能源現況與趨勢 4
5. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 全球初級能源與再生能源 5 Source: IEA, 2017 2015 13,647 Mtoe Source: https://www.renewable-ei.org/en/statistics/international/ Trends in Electricity Generation 1985-2017
6. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 國際能源總署 (IEA) 再生能源之定義 “Renewable energy is energy that derived from natural processes (e.g. sunlight and wind) that are replenished at a higher rate than they are consumed. ” 再生能源分類 - Hydropower - Geothermal - Wind - Solar: Solar Photovoltaics/ Solar Thermal - Ocean: Tide/Wave/Ocean currents… - Bioenergy • Renewable Municipal Waste • Solid Biofuels/ charcoal • Biogas • Liquid Biofuels Source: https://www.iea.org/topics/renewables/ Renewables information 2017, IEA IEA再生能源分類 6
7. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 國內再生能源相關法規  「再生能源發展條例 」 (2009.07) 第三條：再生能源：指太陽能、生質能、地熱能、海洋能、風力、非抽蓄式水力、國內一 般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源，或其 他經中央主管機關認定可永續利用之能源。 生質能：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。 再生能源熱利用：指再生能源之利用型態非屬發電而屬熱能或燃料使用者。  「再生能源發電設備設置管理辦法」(2015.07) 第三條：生質能發電設備：指利用農林植物、沼氣或經處理之有機廢棄物作為料源，轉換 為電能之發電設備。 廢棄物發電設備：指利用一般廢棄物或一般事業廢棄物，經處理製成較直接燃燒 可有效減少污染及提升熱值之燃料作為料源，轉換為電能且發電效率達25% 以上之發電設備。 第六條：生質能發電設備：發電設備所使用燃料來源，應為百分之百農林植物、沼氣或經 處理之國內有機廢棄物之切結書。 廢棄物發電設備：發電設備所用燃料來源，應為百分之百國內一般廢棄物或一般 事業廢棄物之切結書，及廢棄物燃料來源、製程、熱值、發電效率、進料、成 本與其他相關事項之說明書。 7
8. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質能基本原理 8 生物/植物利用太陽能與環 境中CO 2 與養分，行光合 作用促進生長，再轉製作 為燃料，循環不息，故生 質能歸類為再生能源。 生質能使用過程中，接近 碳中性(Carbon Netural)*。 *: 碳中性(Carbon Neutral)：指能源在生產及使用過程中達到CO 2 排放平衡。 http://www.twwiki.com/wiki/%E7%A2%B3%E4%B8%AD%E6%80%A7
9. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 9 全球生質能展望 - 全球運輸能源需求，生質燃料占比: 2% (2.5EJ@2010) →27% (32EJ@2050) • 液態燃料能量密度高，有其不可取代性(包括重型車輛、輪船、飛機等用油)。 • 國際上以混摻方式(Bx或Ey)推動運輸用生質燃料政策。 - 因應GHG減量需求，各國積極發展先進生質燃料： • 美國RFS II (GHG減量>20%)、歐盟 RED再生能源指令(GHG減量>35%)，均 以政策要求加速先進生質燃料應用。 生質能發電 生質燃料(運輸用) - 全球初級生質能源供應: 50EJ (2009) → 160EJ (2050)，其中100 EJ用於產生生 質熱電，包含： • 電力: 3,100TWh (7.5%全球電力)； • 熱能: 工業部門22EJ、建物部門24EJ Source: Technology Roadmap-Bioenergy for Heat and Power, IEA,2012；Biomass for Power Generation, IRENA, 2012； IEA (2010), Energy Technology Perspectives 2010, OECD/IEA, Paris. 2015占2% 發電量
10. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 ｢北高都會區酒精汽油推動計畫｣(98.07~109.12) • 14處加油站供應E3酒精汽油，每公升享有2元的優惠 • 北高公務機關適用車輛強制使用E3酒精汽油 車用柴油全面添加1%生 質柴油(B1)措施 (2008.07~2010.06) 綠色公務車先 行計畫：台北 公務車添加酒 精汽油(E3) 2018年12月生質能發電裝置容量約727MW • 廢棄物發電裝置容量約629MW，含都市垃圾及一般事業廢棄物焚化發電。 • 生質物發電裝置容量約98 MW，含蔗渣、黑液及沼氣發電。 2014年 2013年 沼氣發電系統推廣計畫補助作業要點(2013~) 車用柴油比率提高至2%(簡稱B2)措 施(2010.06~2014.05) 2010年 2008年 生質 柴油 生質 酒精 垃圾焚化廠廢棄物發電 生質柴油 掩埋場沼氣發電 生質燃料油 (混摻2~6%) 生質能發電躉購費率 2015年 生質能熱 電應用 (Bio-power and Heat) 生質燃料 應用 (Biofuels) 國內生質能推動歷程 車隊自 主添加 2019年 10
11. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 沼氣發電系統 廢棄物發電(八里焚化廠) 生質物/廢棄物發電現況  生質電力包括廢棄物發電(焚化爐)及生質物發電(蔗 渣、稻殼、黑液及沼氣發電)。  2018年廢棄物發電629.1MW；生質物發電97.5MW， 合計727MW，占總發電裝置容量1.4%。總發電量約 38.5億度，占總發電量1.4%(占再生能源30%)。 2025年生質電力目標 料源 2018年12月: 727 MW 2025年目標 : 813MW 廢棄物 • 都市垃圾/工業廢棄物: 629 MW • 都市垃圾/工業廢棄物:656 MW 農林資材 • 沼氣: 20 MW • 農業廢棄物: 78 MW • 沼氣: 34 MW • 農業廢棄物: 123 MW 沼氣收集單元 沼氣純化單元 發電單元 11 國內生質電力現況與目標 生質物/廢棄物發電潛力 (料源端-扣除已再利用、不適合能源化應用等)  廢棄物(102萬噸)與農林資材(166萬噸)待開發利用。 – 生質能潛力：農林資材(252 MW)與沼氣(44 MW)。 – 廢棄物潛力：121MW (都市垃圾、工業廢棄物)。 11 配合國內能源轉型政策，生質能聚焦於電力發展。
12. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院  政府各部會生質能奬勵補助措施 經濟部 • 電能躉購：108年躉購電價 費率5.0874元/度(有厭氧發 酵設施） • 沼氣發電補助計畫：沼氣發 電系統設置費最高每kW補助 4.5萬元 • 沼氣發電設備產業鏈推動： 發展沼氣發電相關產業鏈 農委會 • 養豬場沼氣發電補助：輔導 養豬場利用沼氣發電再利用 • 成立沼氣再利用(發電)推動 小組 • 技術服務團：提供技術諮詢/ 媒合 • 相關議題如集中處理、沼液 沼渣去化等，協調各部會 環保署 • 106年起徵收畜牧業水污費 • 推動沼渣沼液再利用 • 集運處理補助計畫：補助地 方政府，協助納入2千頭以 下豬場之豬糞尿共同處理 • 多元化垃圾處理計畫：規劃 並推動設置廚餘生質能源沼 氣中心  電能躉購制度 – 依再生能源發展條例規定，以躉購費率 為生質能發電推動主軸。 – 每年參採實際案例與滾動調整公式。 – 沼氣發電躉購費率逐年提升，自101年起 至108年已調增88%。 國內生質電力推動政策 2.9439 3.9839 3.8945 3.8945 3.9211 5.0087 5.0161 5.0874 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 FIT (NTD/kWh) 生質能(無分類) 廢棄物 其他 生質能-無厭氧消化設備 生質能-有厭氧消化設備 12 12
13. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 13 技術類別 實驗室/ 原型 示範 系統 準商業化 系統 商業化 應用 燃料製備(Fuel preparation) 乾燥(Drying) 造粒(Palletization) 焙燒(Torrefaction) 前處理轉換技術(Pretreatment) 厭氧消化(Anaerobic digestion) 沼氣升級(Biogas upgrading) 裂解(Pyrolysis) 氣化(Gasification) 小型(Small scale) 大型(Large scale) 熱能(Heat) 電力(Electricity) 大型汽電共生系統(Large scale generation / cogen) 混燒(Co-firing) 生質物氣化複循環發電技術 (BIGCC) 有機朗肯循環技術(ORC) 氣化引擎(Gasification engine) 生物燃料電池(Biofuel Cell)  多元料源 –能源作物、農林資材、廢棄物、 廚餘、能源作物、禽畜糞廢棄物、 廢污水等  多元生質能熱電技術 –多元商業化技術：乾燥、造粒、 厭氧消化、沼氣升級、熱能應用、 汽電共生、混燒等技術 –先進技術精進，提昇利用效率： 焙燒、裂解、BIGCC、氣化發電、 生物燃料電池等  生質能發電成本(IEA,2012)： –<10 MWe：3~12NTD/kWh –混燒發電：1.5~4.5 NTD/kWh IEA, 2017 生質電力技術發展
14. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質物/廢棄物能源 製造與應用技術 14
15. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生物轉換 (~室溫) 生質物/廢棄物技術與應用關連圖 固體廢棄物、生質資材 (都市垃圾、一般事業廢棄物、農林廢棄物) 直接燃燒 物理轉換 熱化學轉換技術 生物/化學轉換 有機物/能源作物 (油脂作物) 有機廢棄物 (廢水、污泥) 直接燃燒 >800℃ 焙燒 200~300℃ 裂解 450~600℃ 氣化 >800℃ 破碎/分選/ 乾燥/造粒 室溫~150℃ 第五類廢棄 物衍生燃料 生質 煤炭 生質 油品 合成 氣體 焚化爐 燃燒爐、燃煤(油)鍋爐、發電內燃機、車/船用引擎 化學 轉換 生質柴油 醇類 燃料 沼氣/ 醇類 氫氣 燃料 電池 ←定置型生質燃料 熱能、電能、機械能 運輸型生質燃料→ 15 1.焚化爐發電效率。2.生質物汽電共生發電效率約16%~36%；生質燃料與化石燃料混燒發電效率可達36~44%。3.IGCC發 電效率46%~52%。4. gas engine)。(資料來源：IEA ETSAP - Technology Brief E05，Biomass for Heat and Power) 10%~23%1 16%~ 36(汽電共生)； 36~44%(燃煤電廠混燒)2 46~52%IGCC3 26~41% Gas Engine4
16. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 廢棄物衍生燃料 (RDF) 分類/等級/能源效率 16  RDF = Refuse Derived Fuel  透過不同前處理/轉換技術，提升廢 棄物能源使用效率，並降低生質物/ 廢棄物使用對環境衝擊。 Ref. 美國ASTM M856-83(1998) SRF: solid recovered fuel; Ref: 張家驥(臺灣生質能技術應用暨污染防治聯盟, 2018)
17. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 第五類廢棄物衍生燃料 Densified Refuse Derived Fuels (d-RDF/ RDF-5) 17 物理性操作，使生質物或廢棄物 轉換為能源利用性高的燃料
18. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院  技術內涵：透過破碎、分選、乾燥、掺配添加安定劑及造粒成型等技術， 製成柱狀廢棄物衍生燃料。  主要特性：外型大小、熱值均勻（3,000~6,500 kcal/kg、易於運輸及儲 存，常溫下可儲存6個月以上不會腐化。可與煤炭混燒，以替代煤炭使用。  廢棄物料源之RDF-5特性(例)： 水分<10%、灰分<20%、 熱值 >3,000 kcal/kg RDF-5製造與應用技術 18 註：燃料煤熱值約6,200 kcal/kg RDF-5
19. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 RDF-5製造與應用技術-先導測試廠 ITRI RDF-5先導型實驗工廠 (處理量: 200 kg/hr 進料; 2001) RDF-5 19
20. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 RDF-5製造與應用技術-產業發展  都市廢棄物(2004)：花蓮縣豐濱鄉以每日生活垃圾，處理轉換為工 業用替代燃料，為台灣第一座都市廢棄物RDF-5燃料示範廠。  事業廢棄物(至2018年底) ： 造紙業RDF-5廠，總產能約8.8 萬噸/年，產值約1.32億元/年， 約替代7萬噸燃料煤/年， 減少17萬噸CO 2 /年排放。  廣源造紙公司、正隆公司 大園廠/后里廠、永豐餘 公司台東廠/新屋廠等。 資料來源：經濟部工業局Biomass Desk網站 20 RDF-5
21. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 RDF-5製造與應用技術 -花蓮縣示範廠/移動式RDF機 RDF-5示範廠廠房外觀 RDF-5示範廠控制室及參觀步道 RDF-5示範廠廠內情形 RDF-5 21  移動式RDF-5設備(2011-2012)： –設置單位：環保署、工研院 –置於20呎標準貨櫃內，處理量125 kg-稻稈/hr –完成稻稈(雲林)產地造粒測試及混燒驗證
22. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院  C公司RDF-5廠(紙廠事業廢棄物)： – 運轉日期：2009.11 – 原料：廢紙排渣; 產能26噸/天(一年近1萬噸RDF-5產能) – 製造商：頂鋒機械公司、工研院 – 小結：工研院第三代技術、國內第二座大型事業 廢棄物RDF-5商轉廠；紙廠優勢等 RDF-5製造與應用技術-產業發展 22 RDF-5
23. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 RDF-5製造與應用技術-實廠混燒測試 2004/水泥窯旋轉窯 2005~2006/汽電共生廠 (130 T/H蒸汽，27MWe) 2006/汽電共生廠 (56 T/H蒸汽，2.2MWe) 2008/爐格式蒸汽鍋爐 (30 T/H蒸汽) 2008/BFB蒸汽鍋爐 (22 T/H蒸汽) 2008/工研院RDF流化床鍋爐 (6 T/H蒸汽) 23 RDF-5
24. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質物/廢棄物快速裂解技術 Fast pyrolysis (RDF-6) 24 熱化學轉換技術，使生質物或 廢棄物轉換為液態燃料
25. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質廢棄物熱裂解  廢塑膠在缺氧的情況下，將廢棄物斷鏈成所需 要的產物  調整熱裂解滯留時間、溫度與加熱速率，用以 生產所需的固體、液體或氣體燃料 – 流體化床技術，溫度450~550℃，常壓操作 – 裂解油：60~75wt%鍋爐或柴油發電機燃料 – 裂解氣：20~30wt%加熱反應器燃料及流化氣體 – 灰分 ：1~2 wt%為塑膠添加物，例如色料等 RDF-6 C C C C H H H H H H H H H ….. 數千個C C C C C H H H H H H H H H ….. 5-27個C 聚乙烯： 25 工研院裂解系統
26. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 資源回收站無法再利用之塑膠袋 破碎後的塑膠袋碎片 工研院塑膠裂解產油設備 塑膠裂解油 塑膠袋粗破碎機 塑膠袋細破碎機 廢塑膠快速裂解 26 RDF-6
27. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質物快速裂解 生質物 27 RDF-6
28. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 工研院生質物裂解產油快篩平台  生質物裂解產油快篩平台 – 快速篩選適合產油之生質物 – 生質物進料量3~6 kg/hr – 常壓，反應溫度350~550℃  生質物裂解產油先導廠 – 生產裂解油及生質焦炭油 – 生質物進料量50~60 kg/hr – 常壓，反應溫度350~550℃ 生質物快速裂解 28 RDF-6
29. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 29  紙廠廢棄物裂解產油技術： – 工研院與Y公司合作，放大裂解產油技術，以紙廠廢紙排渣廢棄物為料源，建 置5噸/日準商轉廠建置，再生燃料油可作為鍋爐燃料。 – 廢塑膠裂解產油：總產率62.5%。 – 裂解油氣可供裂解系統熱需求。 – 裂解蠟油(5wt.%)與柴油(95wt.%)於柴油鍋爐混摻燃燒，排放物(CO、CO 2 及 NOx)與使用柴油為燃料時之排放結果無顯著差異。 – 實踐廢棄物循環經濟，降低處理成本、達成企業減碳。 工研院裂解產油準商轉系統 (5 噸/日) 廢紙排渣(左)與廢塑膠(右) 裂解產油排出情形 廢紙排渣快速裂解 RDF-6
30. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院  裂解油應用 作為鍋爐燃油，降低CO 2 排放 作為生質乳化油，降低NO x 排放 作為氣渦輪機燃油，發電  生質焦炭應用 土壤改質 增加農作物生 產10~40% 粉煤鍋爐 Co-firing 降低CO 2 降低NOx 降低SOx 元素分析 C(wt%) H(wt%) N(wt%) S(wt%) O(wt%) 高熱值(kcal/kg) Bio-char 70.16 2.74 ND ND 27.1 5800 Coal 88.41 5.18 1.75 0.56 4.1 6200 30 RDF-6 生質物快速裂解-產物應用
31. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 廢棄物/生質物氣化技術 Gasification (RDF-7) 31 氣化技術使生質物或廢棄物轉換為 氣態原料，可做為燃料或化工原料
32. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 氣化程序 熱化學操作，部分氧化，加熱使固態生質物或廢棄物斷鏈轉換 為以CO及H 2 為主的能源利用 32  增溫/乾燥溫度：~200℃  裂解反應溫度：150-900℃  氧化/部分燃燒反應溫度：>650℃  還原/氣化反應溫度：> 800℃ Main processes during biomass gasification Renewable and Sustainable Energy Reviews 58 (2016) 450–461 RDF-7
33. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 氣化產物應用 RDF-7 33 合成氣可供能源使用，亦可為做為化學品原料
34. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 氣化程序熱電應用 生質物以空氣為媒介進行氣化，合成燃氣產物： – CO=15~30 vol%、H 2 =10~12 vol%、CH 4 =2~4 vol%、CO 2 =5~15 vol%、H 2 O=6~8 vol%、 N 2 =10~12 vol%。 最終產物及比例依不同媒介與操作條件而異。 改用蒸汽作為氣化介質，可提高H 2 產率>50 vol% 。 34 RDF-7 電 熱 汽電共生 機械能
35. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質廢棄物觸媒氣化技術  觸媒氣化增進反應轉換效率，提高氣化效率與合成氣熱值。  提高合成氣品質，降低焦油含量。 35 RDF-7
36. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 ～ ～ ～ ～ 生質廢棄物觸媒氣化技術  工研院新型觸媒開發技術特點/優勢 – 高催化效率、價格低廉，合成簡單、可 商業化生產。 – 搭配蒸汽氣化，提高合成氣熱值(5→10 MJ/Nm3)。 – 床質觸媒：能量轉換效率(CGE)為石英砂 的1.7倍。 – 除焦油觸媒：移除效率97%。  國內產業應用方向 – 高含水率(<30%)生質廢棄物料源( 污泥、咖啡渣、廢紙排渣)去化應用 – 除焦油模組可搭配其他氣化系統 ，降低焦油，提升合成氣品質 ITRI氣化觸媒 RDF-7 36 床質觸媒對合成氣焦油含量之影響 觸媒 2018年工研院能專研發成果
37. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 英國約克郡ARBRE 生質物氣化發電廠 (發電容量9 MWe) 芬蘭Lahti地區結合生 質物氣化爐進行氣化 混燒發電之電廠 RDF-7 37 氣化混燒應用
38. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 廢棄物/生質物 生物/化學轉換技術 Bio-energy 38
39. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 澱粉 糖類 纖維類 油類作物 廢食用油 廢油脂 水解醣化 (稀酸+酵素) 酒精 微生物 或酵素 轉酯化 生質柴油 微細藻類 培養 燃 料 、 發 電 、 熱 利 用 生物 醱酵 有機廢棄物 農業廢棄物 工業有機廢水 生活污水... 微生物 光合反應 厭氧醱酵 氫氣 沼氣 有機物質 酒精 氫氣 生物能轉換 生物燃 料電池 料 源 生物轉換技術 產 出 應 用 生物轉換技術 39
40. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 沼氣利用技術 40 沼氣原理 − 在缺乏氧氣的環境下，利用 微生物厭氧消化/醱酵過程， 分解有機質，產生沼氣。 − 水解、酸化及甲烷化階段。  沼氣特性： − CH 4 , 50~75% − CO 2 , 25~50% − N 2 , 10% − 少量H 2 S, 0~3%、H 2 , 1% − 熱值：5,400~6,000 kcal/m3 來源：行政院環保署，八里蛋槽廚餘共消化試辦工作計畫，2012 濕生質料源 廚餘、植物殘體 、排泄物、腐敗 生物等 低級脂肪酸 丁酸、丙酸、 乙酸 沼氣 甲烷和 二氧化碳 水解/ 醱酵 醱酵 降解
41. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 沼氣利用技術 41  沼氣來源 − 畜牧廢水：豬隻糞尿廢水。 − 家庭污水：都市污水處理場。 − 城鎮垃圾：垃圾掩埋場。 − 各行業廢水處理場：食品業、 紡織業、造紙業等。  處理程序： − 反應系統：濕式處理/乾式厭 氧處理、批次/連續、一階段 處理/二階段處理。 − 操作：室溫~高溫(55℃)操作、 停留時間、共消化。  應用：發電、鍋爐、加熱系統、 汽電共生(CHP)、車輛應用。 沼氣應用： 處理程序： 來源：
42. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 42 實驗室料源特性 探討 0.5 L功能驗證 與產物特性研究 噸級pilot系統 驗證與擬連續 操作策略 十噸級準商轉系 統設計與驗證 沼氣利用技術-工研院乾式厭氧醱酵技術
43. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院  10m3乾式厭氧醱酵系統 − 推廣車庫型乾式厭氧醱酵系統， 與業界合作實廠應用。 − 以雞糞+稻殼為進料(共醱酵)， 提昇產氣量50%(產氣量140 m3/t-TS)  效益評估(處理量30噸/日系統) − 每年約可 產生 146萬 度綠電 (220 kW)，約可提供約400戶 家庭用電。 − 有機肥：3,150公噸 − 液肥：3,150公噸 10 m3乾式厭氧醱酵準商轉系統 與示範產氣試驗(雞糞) 沼氣利用技術-工研院噸級系統驗證 台電資料：106年每戶家庭每月用電約300度 43
44. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 乾式厭氧醱酵循環利用  生產企業/有機農 業/生質能業三贏 循環經濟模式 – 綠 能 循 環 ： 生產企業生質 能產業 – 有機農業循環： 沼 液 沼 渣  有 機 堆 肥  農 地 利 用  農業/生質能產業 綠能循環 有機農業 循環 產業生產 生質廢棄物 生質廢棄 物能資化 綠能回收 有機農業 沼渣堆肥 44
45. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質柴油  定義：以動植物油或廢食用油脂，經轉化技術後所產生 之酯類，直接使用或混合市售柴油使用作為燃料者。 (石油管理法第三十八條規定)  100%純生質柴油稱之為B100 ， 20 vol% 生質柴油混 合80 vol% 市售柴油的燃料稱之為B20。 (需符合石油管理法油品規範) - 目前商業化製程以鹼製程為主 - 已有詳細的引擎測試分析、環境生態影響及油品保存運輸研究 - 歐洲主要以菜籽油為原料，美國以大豆油為原料，日本/韓國以廢 食用油為原料，印尼/馬來西亞以棕櫚油為原料 - 歐美亞各國已有生質柴油加油站，且已實際應用 45
46. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質柴油技術原理 H C OOCR''' HC OOCR'' H C OOCR' 2 2 + 3 ROH H C OH HC OH H C OH 2 2 R''' OOR C R'' OOR C R'COOR + + + Catalyst 三酸甘油酯 (油或脂肪) 醇類 (通常為甲醇) 烷基酯類 (生質柴油) 甘油 H C OOCR''' HC OOCR'' H C OOCR' 2 2 + 3 ROH H C OH HC OH H C OH 2 2 R''' OOR C R'' OOR C R'COOR + + + Catalyst 三酸甘油酯 (油或脂肪) 醇類 (通常為甲醇) 烷基酯類 (生質柴油) 甘油 三酸甘油酯 (油或脂肪) 醇類 (通常為甲醇) 烷基酯類 (生質柴油) 甘油 轉酯化反應式 46
47. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質柴油技術-產業應用  工研院技術特色： − 兩階段轉化程序(預酯化及轉 酯化程序)，避免游離脂肪酸 轉酯化產生皂化。收率85- 95%，油脂轉化率>96.5%。 ITRI 生質柴油技術 [連續式生質柴油製造系統專利，I297357 ] − 耐水性固體鹼觸媒轉酯化反應(常壓、溫度<65 ℃、反應時間2小時，轉化率>95%)。 − 無廢水產生的清潔製程(固體觸媒製程)、較低建置成本。  技術規格： − 60 公升/小時小型生質柴油機(連續/批次) ~ 10萬公秉/年生產廠。 47
48. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 48 酒精汽油生產流程示意圖 酒精汽油技術  來源：玉米、甘藷、蔗糖、甜菜 − 巴西：蔗糖。 − 美國：玉米。 − 臺灣潛力料源：蔗渣及玉米稈/玉 米芯、糖蜜或木屑/木粉等。  國內推動北高酒精汽油(E3)示範 − 共計14座加油站(生質酒精進口)。 − 2018年推廣量約145 公秉(E100)。  未來願景： − 逐步推動非糧料源酒精供應，提供 自產酒精。
49. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 木質纖維素解聚產醣技術(1/3)  永續原料供應者：全球木質纖維素產量約1,500億噸/年。  高減碳效益：木質纖維素具有「碳中和」(carbon neutral) 特性。  生質精煉產業關鍵技術：木質纖維素水解產醣技術-醣平台。 預估2020年，全球生質燃料產值達900億美元，化學品產值達840億美元 木質纖維素 醣生產工業 乙醇 (450萬公噸) 丁醇 (670萬公噸) 生質燃料 商業產品 應用領域 1,3丙二醇 味精 檸檬酸 乳酸 山梨糖醇 木糖醇 乙酰丙酸 異戊二烯 生質化學品 能源 食品添加劑 熱塑性塑料 組 成 醣轉製 產品 固態燃料 高分子原料 環氧樹脂 木質素 固體 殘餘物 49
50. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 50 木質纖維素解聚產醣技術(2/3)  以木質纖維素解聚技術為核心，建構醣類應用平台，發展生質精煉產業 (醣類衍生物與木質素副產品加值) 。  提供非糧料源產製生質醇之原料(五碳糖/六碳糖)。  適用於多元木質纖維素料源： − 中低溫(<130℃)及常壓反應條件，轉換纖維素及半纖維素為醣類產品。 − 避免因劇烈前處理條件(高溫、高壓、強酸等)所產生之抑制物，穩定提供 與糖蜜同等級的水解醣，予下游醣應用產業。
51. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 混摻成酒精汽油(E3) 油罐車卸油(酒精汽油)情形 水解醣 木質纖維素解聚產醣技術(3/3) 自產生質酒精取樣/分析 生質酒精封存  工研院木質纖維素解聚產 醣技術 – 可放大量產：完成實驗室級、 20L級、200L級與1,000L級等 解聚系統驗證。 – 突破進料濃度瓶頸：30 wt.% 蔗渣水解產醣率達89.6 wt.% ，突破國際水準。  2016年生質燃料驗證 – 非糧料源(稻稈、蔗渣) – 2016年結合工研院解聚產醣技 術核研所酒精醱酵技術，及台 灣中油，供應酒精氣油。 – 驗證酒精氣油供應模式。 規模 0.5 L 20 L 200 L 1,000 L 蔗渣濃度(wt.%) 20 25 30 還原醣產率 (wt.%) 101.2 87.6 87.0 92.5 95.5 89.6 51
52. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 結語-生質能應用與展望 52
53. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 能源與產業面：  定置型生質燃料熱電與運輸用生質燃料，為多元化利用之再生能源，為 供應穩定性較高的再生能源。  生質燃料以國內料源優先利用為原則，可提高自產能源比例，建構能源 多元化及安全性。  協助業者新創事業，促進循環經濟發展。 環境效益/減碳面：  國內推動能源轉型、溫管法等，面臨能源供應與減碳壓力。發展生質燃 料技術，有利於國內(能源/工業/運輸部門)電力供應與減碳。  生質物/廢棄物轉製燃料(固/液/氣)，可提升生質物能源利用效率，並可 降低燃燒所產生空氣污染物排放。  濕料源(禽畜糞/廚餘/有機污泥)具沼氣發電應用潛力，開發進行熱電應用， 除可提供能源，亦可達廢棄物處理及減碳效益。  先進生質燃料轉換技術，可擴大生質料源應用與提升能源效率。  配合環保/農業單位政策，推動資源循環利用，有助於擴大生質能應用。 生質能應用與展望 53
54. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 生質能發展利基-循環經濟 54
55. 臺 灣 能 源 教 育 工 作 坊 台 灣 生 質 能 源 現 況 與 展 望 Copyright 2019 工業技術研究院 謝 謝 聆 聽 敬 請 指 教 本文件作者已盡力確保資料的準確性，惟任何未經授權擅自使用本資料所造成的損害，作者及工研院均不負賠償責任。 This document is prepared with utmost care by the speaker. However, neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof. 55 工業技術研究院 綠能與環境研究所 新能源技術組 萬皓鵬 組長/正研究員 hpwan@itri.org.tw