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生質能解析》台泥、永豐餘都在做!生質能源是什麼?砍樹燒柴,有比較環保嗎?5件你必須知道的事

生質能解析》台泥、永豐餘都在做!生質能源是什麼?砍樹燒柴,有比較環保嗎?5件你必須知道的事
撰文: 數位內容部     分類:其他綠能     圖檔來源:shutterstock 日期:2023-11-03

國發會制定2050淨零碳排的機制,其中再生能源包括太陽能、風力,水力、地熱、海洋、生質能等,台泥日前也宣布與花蓮林管處、水利署第九河川局共同簽署「花蓮外來入侵植物資源化合作備忘錄」,將花蓮地區銀合歡移除後的廢木料,以先進水泥窯協同處理技術 Co-processing 資源化再利用,成為生質能。

什麼是生質能源? 

 

生質能是指農林植物、沼氣及有機廢棄物等直接利用或經處理產生之能源,包括:

 

甲烷氣(包括來自垃圾掩埋場和污水處理廠) 

林業副產品(例如鋸木廠和林業運作的殘渣) 

濕潤廢物(例如公共屠宰場、飼育場和食品加工廠) 

乾的農業副產品(例如玉米和蔗糖棄渣) 

城市廢物(例如家居垃圾和植物籬枝) 

 

生質能利用的技術轉換為能源的方式可概分為: 

 

一、接燃燒技術 

 

將廢棄物以直接燃燒方式產生熱能與電力,如焚化垃圾進行發電。 

 

二、物理前處理技術 

 

將廢棄物經破碎、分選、乾燥、混和添加劑及壓縮成形等過程而製成品質良好、易於運輸及儲存之第五類廢棄物衍生燃料,作為鍋爐、水泥窯之燃料。 

 

三、熱轉換技術 

 

將廢棄物利用氣化與裂解等熱轉換程序產生合成燃油或燃氣,作為燃燒與發電設備之燃料。 

 

四、化學/生物轉換技術 

 

經發酵、酯化等化學或生物轉換程序已產生沼氣、生質酒精、生質柴油、氫氣等,作為引擎、發電機或燃料電池的燃料。 

 

森林能產出什麼生質能源? 

 

根據宜蘭大學森林暨自然資源學系助理教授郭佩鈺在能源教育資源總中心專欄表示,林業廢棄物當中,讓下游製材廠相當頭痛的一點就是樹皮,在整個製材的過程中,第一道步驟為去樹皮(Debarking),因此往往在製材廠中有著堆積如山的樹皮,等待清運商加以處理。 

 

樹皮中含有大量木質素等之酚類化合物,相較於木材本身,樹皮的熱值更高,也會因為樹種的不同,部分含有較多的樹脂類、單寧類等,以國外常用的Birch(樺木)來說,一般大家對於木材的C含量認知是在50%左右,但在Birch的外樹皮,卻可以高達70%,對於作為生質能的料源相當理想。 

 

砍樹對森林只有壞處嗎? 

 

台灣全島森林超過 76%為國有林地, 其中約 42 萬公頃為人工造林地,且人工林的木材生產亦逐漸由進口木材所取代。由於台灣現存人工林大部分多未疏伐進行林分密度調整,使林木因密度競爭 而淪為生長有限的不良木。 

 

疏伐是對林地內樹木進行部分的砍伐,有效控制林分密度、增加林木生長空間,促進其生長、改善林分組成與結構、增進人工林生物物種多樣性、健全林分結構及發揮森林環境功能,故為森林撫育上一個重要的課題。  

 

花旗松(Douglas fir, Pseudotsuga menziesii)的 疏伐研究當中,Hagar et al.(2004)發現疏伐雖然降低了某些鳥種的族群大小, 卻增加了其它鳥種的族群數量。Artman(2003)發現對西部鐵杉(Western Hemlock, Tsuga heterophylla)的疏伐雖然會增加某些鳥種的密度,但整體的鳥類密度並不受影響。  

 

今年六月,花蓮林管處、水利署第九河川局與台泥共同簽署「花蓮外來入侵植物資源化合作備忘錄」,花蓮林管處處長黃群策表示,自2021年起,林管處開始在水利署第九河川局轄管的木瓜溪華隆護岸高灘地,執行「外來入侵植物移除暨生態植被復育計畫」,將占據高灘地的銀合歡每年分批清除,並進行原生樹種造林計畫。

 

但由於銀合歡種子繁殖力強,為避免剷除後銀合歡枯木中的種子再萌發,目前僅能採取破碎後堆置的方式處理,又產生堆置的新問題,於是找上台泥合作,希望將剷除的銀合歡木材,不用找空間推置管理,經水泥窯處理後轉化為生質能,不僅解決銀合歡種子再萌發的問題、降低移除成本,同時讓銀合歡成為循環資源。

 

砍樹燒柴,有比較環保嗎? 

 

日本的再生能源在生質燃料發電方面,除了有畜牧業廢棄物及一般廢棄物的燃料發電,增加了來自森林木質的發電方式,不僅產生電能,生產的餘熱更帶動鄰近地區的經濟及觀光產業發展。 

 

根據環資中心報導,日本人工林規劃的50年樹木生長期中,隨著木材在單位面積的蓄積量增加,吸收而儲存二氧化碳的數量也增加。雖然在最後燃燒木材取得熱能及電能時,會將二氧化碳再排放回大氣之中,但計算總體燃燒碳排放加上林業作業時的機械及搬運流程使用的能源後,利用木材取得能源雖然稱不上完全淨排放,與化石燃料的純二氧化碳排放相較,仍是非常的稀少。 

 

但在日本,此發電方式也也有相應而生的缺點,如林業公司或森林組合,為了增加產能以應對能源需求,購買大型、快速的高效能機械,為增加林業生產效率與短期目的,開設寬幅作業道,將50年短期作業的森林完全砍伐,不良材低價轉賣至發電廠後,再轉向其他生產點砍伐。 

 

根據《衛報》報導,以英國皇家植物園(Kew Gardens)科學主任安東內利(Alexandre Antonelli)教授為首的科學家們,去年12月,點名美國總統拜登(Joe Biden)、英國首相蘇納克(Rishi Sunak)和歐盟執委會主席馮德萊恩(Ursula von der Leyen),指出「確保能源安全是我們社會的一大挑戰,但燃燒珍貴的森林不是解方」,呼籲各國需要即刻停止使用森林生質能源來取暖和發電,因為這不但會破壞野生動物棲地,也會影響國際氣候和自然目標的達成。  

 

科學家們指出,生質能源(bioenergy)絕非「碳中和」,稱其「綠色能源」(green energy)是一種誤導。許多國家越來越依賴森林的生物量來實現淨零排放,「對氣候和生物多樣性最好的做法,是讓森林保持原狀,而生質能源剛好反其道而行」。  

 

科學家們表示,如果全球領袖打算在蒙特婁COP15會議上,訂下2030年保護30%的陸地和海洋的協議,同樣也得承諾結束對生質能源的依賴,否則只會破壞COP15作出的承諾、加速全球生物多樣性危機。 

 

木質素是什麼?

 

永豐餘發展的再生能源,就有包含液態的木質素發電、氣態的沼氣發電,及固態的 SRF 零燃煤汽電共生,這三大類能源都是來自造紙過程中的副產物,透過循環再生所創造。 

 

紙漿生產的過程是將木材蒸煮,讓木材纖維分離進而生產紙漿,木材蒸煮過程中溶出的液體為木質素,也就是俗稱的黑液。原本廢棄不用的大量黑液,經蒸發罐濃縮至 63~70%的高濃度木質素。 

 

根據科學月刊報導,木質素(lignin)是樹木中的生物聚合物,占樹木成分為25%,可增加纖維素之間的緊密程度,進而使樹木堅韌強壯,木質素在工業製造過程中會分解成「苯二酚」(benzenediols)。 

 

在苯二酚的三種異構物中,「鄰苯二酚」(catechol)可作為良好的電池燃料,相較於以甲醇(methanol)和乙醇(ethanol)為基底的燃料電池,由於木質素電池發電後的副產物並非二氧化碳,對於減少溫室氣體能有所貢獻。 

 

而且與氫燃料電池對比,木質素為可再生資源,現今氫氣則絕大部分來自天然氣、石油、煤碳等不可再生資源;再相較其他以金屬作為材料的電池,木質素原料並不稀少,而且還有一個間接卻重要的優點──木質素的取得過程不同於金屬開採耗能,也不會破壞當地環境地形,因此並不會因為推展先進地區的電氣化而犧牲礦石產地的生態,可謂符合「環境正義」(environmental justice)的天然電池燃料。 

 

木質素發電是紙漿廠特有的模式,木質素輸送至回收鍋爐燃燒,取代重油產生蒸汽,再經汽電共生系統提供製程蒸汽與電力此外,產生的熱量除了發電,也可以拿回來做乾燥加熱用,省了第二次的耗電,因此汽電共生的發電效率可達80%。