吳 耿 東 博士 

英國倫敦大學博士（主修化學工程）

國立中興大學  森林學系助理教授

興大農資學院 生物能源研究團隊 副執行長

工研院能環所 兼職顧問

Part1：生質能的原理與定義：

一、生質能的原理、定義、特性：

☆生質能的基本原理：

植物吸收陽光、二氧化碳，進行光合作用，我們利用這樣的循環，將二氧化碳吸下來，利用之後再回到大氣層中，CO₂淨排放量是等於零，所以我們把生質能視為再生能源的一種 。

☆生質能的定義：植物把CO₂吸收下來，我們利用植物變成能源之後，再把二氧化碳還給大氣，不管怎樣的循環，都不會增加二氧化碳的排放量，也就是二氧化碳零排放。

我國「再生能源發展條例(草案)」─生質能定義為「國內農林植物、沼氣、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。」

☆生質能的特性：一般化石燃料（fossil fuels）─例如燒汽油、燒煤的話，把原來儲存在地球裡的碳轉成二氧化碳，又排放到大氣中，這樣就增加了二氧化碳的排放量；而生質能的應用就是不會增加二氧化碳的排放量。不論是何種再生能源，其製造與運輸過程所消耗的能源則需進行如「生命周期」（life cycle）的相關研究與精算，才能得知實際的二氧化碳的排放量，再依此進行相關規劃或製程的改良。

Australia biomass郵票

二、生質物的定義：

可能是全世界第一套

的生質能郵票

☆各國定義不同：

台灣─「再生能源發展條例(草案)」第三條第二款「國內農林植物、沼氣、一般廢棄物與一般事業廢棄物…」，所謂的一般事業廢棄物就是：工廠的一般廢棄物，可直接利用或經過處理後產生能源者，我們都稱之為「生質物」（biomass）；但每個國家對生質物的定義差異很大。

國外─以澳洲為例(投影片)，只以稻殼、花生殼、蔗渣、樹木、能源作物或生質物類的家庭垃圾（如蔬菜果皮）為生質物；歐洲法規：都市及工業廢棄物的生物可分解部份（biodegradable）可算生質物，如塑膠非生物可分解，故塑膠就不算，但如果是用澱粉做的塑膠─例如環保垃圾袋，可被生物分解，即是生質物。因此，生質物各國定義不同，要應用之前必需先了解才行因各國的界定不同，會影響它利用方向。

三、生質能在再生能源中佔有率高─

生質能目前在全世界初級能源供應比例佔第四大。再生能源在全球能源供應量中排名第四，佔百分之十三，但其中有百分之十是生質能，僅次於煤炭、石油、天然氣，比核能都要多；水力比風力還多，其他的能源只佔全球的0.5，與一般認知有很大差距，再生能源中的生質能佔有率為百分之八十，風力百分之0.2，太陽能只佔百分之0.3。(見國際能源總署2004年全球初級能源供應分佈圖)

Part2：生質能的技術與應用：

一、生質能的技術與應用：

☆生質能的技術與應用：(依轉換方式分四類)

A直接燃燒技術：廢棄物以直接燃燒方式產生熱能與電力，如垃圾焚化爐。

B物理轉換技術：將廢棄物經破、分選、乾燥、混合添加物及成形過程而製成之固態衍生燃料（即一般所稱之RDF）。

C熱轉換技術：將廢棄物利用氣化與裂解(液化)等熱轉換程序，產生合成燃氣或合成燃油。

D化學／生物轉換技術：經發酵、酯化等化學或生物轉換程以產生沼氣、酒精汽油、生質柴油、氫氣等。

☆生質能的技術與應用：(依利用方式分兩類)

☼定置型生質物熱電利用(Stationary biopower)

是熱化學部份，就是發電技術部份，所謂熱發電，就是產生的是熱與電，就是利用廢棄物當成能源，產生從RDF1-RDF7，就是所謂的衍生性燃料，目前垃圾回收後進垃圾場是RDF3階段，若直接焚燒，效率大約可達百分之十五，若成為RDF7，效率可提昇到百分之三十； 可製造成固體、液體、氣體三種方式。

☼運輸用生質燃料(Transportation biofuels)

產生生質燃油─即酒精汽油、生質柴油。

二、生質能的應用轉變：

☼無所不能的生質能

生質能的技術是「什麼都有，什麼都不希奇，包山包海，要什麼給什麼」，早期在1900年之前是以產生「熱」為主；例如鑽木取火…做為食物、飼料、纖維…二十世紀之後，開始發電，用玉米做酒精，取代煤炭，現在則可產生燃料、化學品，應有盡有；所以有別於之前所說的3R reduce、recycle、reuse─減量、回收、再利用，而今天有一個更新的觀念，就是replace(取代)，取代就是把原來產生的生質物或廢棄物拿來再精煉，再拿來做循環利用，意思就是取代原來的用油，原來的用電；生質能的概念與十年前大不相同，可以說已擴大其利用；從生質能→工業用品→取代保麗龍的可分解聚乳酸免洗餐具、產品包裝盒…都可從生質物轉換，無所不能，無論從生物方法或化學方法來講，生物精煉的概念已全部應用出來，所有的碳(C1、C2、C3…)的化合物，都可以從生質物製造出來，以後都可以不要用原油，希望一切回歸到自然界。

三、生質能的發展與利用現況：

1.  台灣生質能利用發展回顧：

☆從廢棄物出發：

1998年第一次全國能源會議中，要用五年一百億的經費來推動再生能源，後來在生質能應用上，就選擇以「廢棄物」做出發點，在推行五六年後，我們發現當年產官學界從「廢棄物」出發的觀點是正確的，如果當初是以能源作物為出發點，可能目前成果只是零，因為種植能源作物困難點：1. 料源不確定2. 牽涉多個部會，必需做跨部會的協調，要整合很困難(全世界皆然)， 因此，台灣當時由能源局投入已帶頭研發出一些成果，之後，再陸續加入，這樣的整合就容易多了。

☆政府確立生質能政策與目標：

台灣由於能源局的積極投入，目前生質能研發已成為熱門話題，各項研習次數日益增多，雖然舉辦許多研習，但一般人都還是一知半解，還都停留在瞎子模象階段，有人談茶油、酒精…也不了解政府規劃的目標政策，錯誤的資料訊息或報導時有聞之。去年十月經行政院決議，未來我國2010年生質能源發電目標將達74.1 百萬瓩（約占全部發電容量配比的1.44%），並將推廣生質柴油及酒精汽油的發展利用，包括2010年達10萬公秉生質柴油及2011年10萬公秉生質酒精的目標。

2.   產業界生質能的應用現況：

固體：台灣第一家都市廢棄物固態衍生燃料製造示範廠於2004年在花蓮濱豐設立，是工研院能環所在經濟部能源局的支持與補助下與花蓮縣政府合作所建立，其理念為針對偏遠地區垃圾不易處理，運送路途遙遠有臭味，秉持「分散處理，集中應用」原則，可由各鄉鎮先做處理成易儲存無臭味的RDF燃料，再運送集中利用，用來處理家庭廢棄物，目前工研院已有技術移轉給業者，例如在南投南崗工業區，已設立一家回收紙類廢棄物製造RDF的工廠。

液體：在加拿大 ，一位華人經營的生質能處理中心，是用木材廠廢棄木屑製造成生質油，之後工廠再將這些油回收，做為廠房機器發電燃料，因為不是汽車用油，因此不必進行精煉。

氣體：台灣原計畫在雲林設立生質物氣化發電廠，因民眾抗爭而延宕至今，原計畫中預計以稻殼做為原料；事實上，早期台灣民間即利用稻殼做為生質物，但因環境變遷，一些廢棄物已不容易取得；例如因有燃燒技術的突破，廢輪胎可以做為燃料，具經濟效益，如今也就看不到廢輪胎了。其實開發做環保能源技術需因地制宜，且有風險，必需與時俱進，不像一些基礎研究可以研究數十年不變。吳博士目前進行一項研究，是利用農林廢棄物進行氣化產生可燃氣體，再注入鍋爐中取代燃油。

☆台灣生質能處理中心面臨的問題：

台中縣還有一家工廠興建新式鍋爐，也在燒RDF，可以取代煤，還可以發電，也可以回收獲利。未來希望焚化爐除役後能興建RDF廠替代，但部分民眾仍有以下疑慮：1.仍然以為RDF廠就是垃圾焚化爐；2.RDF本身是垃圾製造，所以仍有污染等問題。雖然生質能是有前景的，但民眾觀念尚有待加強。

☆從家庭廢棄物轉化成RDF燃料注意事項─家庭廢棄物處理時，垃圾如何分類？工研院有一台具分類功能的RDF機器，每小時200公斤，經由破碎、分類、乾燥、造粒，製成像半截粉筆一樣的RDF。濱豐的RDF廠已成功的運轉，處理並回收當地垃圾，製成RDF。

3.國內外生質能氣化的應用概況：

☆   老技術新用法，老祖先的智慧

1850年代倫敦街頭的水煤氣街燈就是生質能應用技術的實例，只是以前用煤炭，現在用生質物取代，名偵探柯南影片中，也有倫敦街頭水煤氣燈，只是現在用老技術，改用生質物取代煤炭來點燈而已；二次世界大戰時，日本的薪車也是，當時沒有汽油，故用木炭來氣化，日本也有木炭車，2006年也有人復古製造這種車子，二次世界大戰期間，員林客運車就是用部份氧化方式(非完全氧化的燃燒方式)，將木炭氣化轉成可燃氣體，轉化效率比固體直接燃燒好可以提昇百分之二十以上的效能；事實上1942年對日抗戰時代在四川等地的「木炭車」、「酒精車」、「桐油車」也是這樣技術的產品，「桐油車」就是現在的生質柴油車，不過當時是替代性的能源…如在歷史上，德國在二次世界大戰期間，並不產油，在被封鎖情況下，專家改用煤轉成汽油，把煤氣化，轉成非常小的分子，就是一般講的水煤氣，即CO和H₂，這是以熱化學方式把分子切碎，切成單一分子，再一個個相接，將CO和H₂合成柴油和汽油。

☆ 回到未來，化腐朽為神奇

例如電影「回到未來」的最後一段，教授從垃圾桶中拿出一些垃圾放到車子裡，車子就開動了，這就是「氣化」的技術，1943年在德國，軍用車子中就使用這種技術，1981年在佛羅里達有一部禮車，把木柴(廢棄物)放車子裡，車子就跑了，近年來美國生質能源基金會理事長Prof. Tom Reed，把院子裡砍下的樹葉木頭放在車子的氣化反應爐裡，車子就會行走，這就叫做「氣化」。

Part3：生質燃料技術與應用：

一、生質柴油技術： 

生質柴油起源：1983年8月10日Dr. Diesel於德國首度示範柴油引擎。8月10日：國際生質柴油日（International Biodiesel Day）

生質柴油(biodiesel)的定義：以動植物或廢食用油脂，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。

生質柴油與化石柴油之比較：熱值減少8%.馬力減少5%.扭力減少5%，但不需要更改引擎，

改善潤滑性，可減少廢氣排放，為生物可分解，低硫燃料，並可減少二氧化碳排放。 

二、生質酒精技術：

全球酒精產量：4,600萬公秉，巴西34.8%，美國35.1%，中國8.26%，印度3.7%，法國1.98%，俄羅斯1.63%，其他14.6%，酒精主要用途為燃料，飲料17%，工業10%。 

三、生物產氫技術

生物產氫技術是利用微生物分解有機以產生氫氣，優點是利用微生物作能源轉換工作，不需投入太多能源，是未來之重要能源之一。

高雄市使用生質柴油的公車

四、國內外生質柴油及酒精應用現況：

☆ 國內生質柴油的應用：

台灣種植能源作物不易，不見得能種活，還需考慮是否有夠寬廣的種地？目前台灣有大約二十多萬公頃的休耕地，若以種向日葵花為例，一公頃地一年有八百公升生質柴油產量，產值不大。農委會目前在推動24萬公頃休耕地種植計畫，配合廢食用油的回收利用，2010年生質柴油生產量達到十萬公秉是政府的目標，並全面施行柴油車加B2生質柴油之計畫，B2就是百分之九十八的汽油加百分之二的柴油。B2柴油是強制性的，2008年開始在台灣買不到純的柴油，強制加百分之一的生質柴油，是亞洲第一個強制加生質柴油的國家，這點是很不錯的，之後推到2010年的百分之二，未來視實際施行情形再作進一步的規劃。 酒精汽油推動目標是2010年全面供應添加3%生質酒精之汽油（E3），就是酒精佔百分之三，因為料源等不確定因素較多，目前為非強制性添加。

生質柴油唯一缺點是「氮氧化物」排放較一般柴油多，但都在標準以內。

☆ 綠色城鄉應用推廣計畫

從今年7月27日開始，民眾在桃園縣及嘉義縣市的加油站就可加到生質柴油B1，經濟部能源局規劃的「Green County綠色城鄉應用推廣計畫」（網址http://www.biodiesel-tw.org/），已選定桃園縣、嘉義縣、嘉義市為示範區域，鼓勵柴油車輛使用生質柴油。這個計畫目前為第二階段，是整合農委會、環保署、經濟部等部會主管機關的資源，透過各類補助與輔導措施，從原料自產、生質柴油自製、油品配銷等面向建構一個完整的生質柴油B1(市售柴油內添加1％的生質柴油)供應體系。

供應B1生質柴油的加油站：

http://www.biodiesel-tw.org/GCB_01/GCB_N.files/main5_3.htm

在美國上路的生質柴油公車

☆國外生質柴油與酒精開發：

生質柴油推廣現況：全世界生質柴油2005年產量3.76百萬公秉，歐洲佔80%以上，德國

是生質柴油發展最成功國家，產能達1.92百萬公秉；美國是歐洲以外的主要發展國家。

酒精汽油開發現況：目前國外最熱門的就是當作燃料的生質酒精之開發，全球2005年生

質酒精產量約4,600萬公秉，美國已超越巴西成為產量最多國家，達1,614萬公秉，巴西達

1,600萬公秉，第三是中國大陸約380萬公秉。

☆   使用生質能燃料時的考量：

1. 燃料特性(fuel properties)首先要了解燃料特性，生質柴油抑或生質酒精？

2.  能源效率(energy efficiency)有多少？

3.  碳的留存(carbon retention)有多少？

4.  土地利用(feedstock & land utilization)有多少

5.  環境影響(environmental impact)有多少？

6.  成本(cost)有多少

7.  基礎建設(infrastructure)夠不夠？有沒有加油站和通路

8.  油品標準訂定─提供車輛使用之燃料品質

9.   技術是否成熟？

（照片來源：美國再生能源國家實驗室）

Part4：生質能未來展望：

生物精煉與石油精煉之比較。

一、生物精煉技術（biorefinery）：

☆生物精煉意義：從過去的油及煤是用挖礦的，到今天生物精煉用種植的（即指能源作物），過去挖出來的叫原油（crude oil），現在種出來的叫生質物（biomass），同樣的程序（process）進行精煉（refinery），這就叫精煉過程，從石油產品中我們也可以提煉酒精、甲醇，而用生物精煉的方式，我們也可以做出任何東西。德國在二次世界大戰期間，就是用這種所謂的F-T費托程序─是非常著名的程序─利用高溫高壓把煤氣化，轉成非常小的分子，就是一般講的水煤氣，就是CO和H₂。以熱化學方式把分子切碎，切成單一分子再一個個相接，比較粗的原油，再精煉就成為柴油或汽油。現在此技術灸手可熱，不同的是用木頭或廢棄物先氣化成小分子，再合成汽油或柴油，而不再使用煤碳，但有些工廠目前仍使用煤碳。

☆F-T技術，達成不可能任務：二次大戰時，德軍用F-T技術生產汽油，給坦克車使用，盟軍便派員去炸這些工廠，甚至連原先研發F-T技術的研究單位都被炸燬。南非則將此技術發揚光大，因為早期南非因種族問題被國際禁運，而南非本身產煤，便用煤來提煉汽油，突破國際封鎖，在目前汽油高漲之下，這又是一個領先全球的技術，南非因此獲利不貲，並預備出售設備給大陸。這是一項老技術，現在只是以生質物作為原料而已，但遇到的問題也就大不相同，目前仍在研發階段，是生物精煉程序的一種。

二、生質能未來發展：

☆對生質能源研究發展與推廣的建議：

從料原供應、生產品質、成本三方面來考量： 

用廢棄物來生產生質柴油比種植農作物要更容易，台灣利用廢棄物的政策是正確的，若要在短期之內增加單位面積內能源作物的產量比較困難。目前纖維素酒精，藻類生質物也很熱門，但仍有很多困難有待克服，商業化仍需一段時日。 

☆國內生質能源利用之展望：

☼生質能源符合未來需求：新能源、二氧化碳減量、減廢

☼可同時兼環境、能源及再利用

☼以永續發展為出發點，而非僅止於處理

☼綠色的再生能源─替代傳統燃料、二氧化碳減量、二次污染低、民眾接受度較高

☼應用市場─與既有燃料與電力系統結合。

☆國外未來發展展望：

歐洲原計畫2005年以2%生質燃料要取代化石燃料，但發現少了0.5%，因此2010年的目標要達到5.75%，還要再加原來的0.5%，就是6.25%，所以才想要發展生物精煉技術，有分第一代生質燃料技術和第二代生質燃料技術，纖維素酒精是第二代技術；從2005年迄今，生質能技術有很大進展、改變與突破。

無鉛汽油和等量其他產品價格之比較

part5:結語：

給老師的話─教學場域中「生質能」觀念融入課程建議：

☆ 學校中教學生節能節電節水，但最值得推廣的應該是生質能，例如廢棄物、廚餘、都是可以做的，但是因為規模的關係，使得成本提高，所以無法實施，規模大才有做的價值，例如王永慶的廚餘計畫，但台灣廚餘太鹹、太熱，所以很難做再生利用。

☆   中小學生質能教育─因為身邊比較無法像風力、太陽能看到的image 比較少，可以從教育老師做起，例如介紹生質能手冊、能源統計手冊、生質能網站，英國石油公司網站，都可以多加利用。

相關網站：

經濟部能源局：http://www.moeaboe.gov.tw/

節約能源園區：http://www.energypark.org.tw

能源教育資訊網：http://energy.ie.ntnu.edu.tw

能源資訊網：http://emis.eri.itri.org.tw

工研院能環所新能源技術組網站：http://www.netd.itri.org.tw/index.htm

延伸閱讀：（作者：吳耿東、李宏台)

「生質物發電利用技術現況與發展」台電工程月刊No.651; pp.77-95 (91年11月）

「化腐朽為能源─物盡其用的生質能源」科學發展月刊No.383; pp.20-27 (93年11月）

※全文下載網址：http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2004_123/20-27.pdf

「全球生質能源應用現況與未來展望」林業研究專訊，No. 77; pp.5-9  (96年6月）

※全文下載網址：www.tfri.gov.tw/cht/files/專題2-1196174376.pdf

李宏台主編「生質能源專輯」化工技術月刊(93年10月）

吳耿東博士開設能源相關課程資源