剖析臺灣生物質能源產業

○文/本刊通訊員 汪直剛 徐強

剖析臺灣生物質能源產業

○文/本刊通訊員 汪直剛 徐強

生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質，包括植物、動物和微生物。在能源領域，生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質，其特點為：可再生、低污染、分布廣泛。

臺灣生物質能源產業概述

生物質能源是從太陽能轉化而來，通過植物的光合作用將太陽能轉化為化學能，儲存在生物質內部的能力，與風能、太陽能等同屬可再生能源，可實現能源的可持續利用。在傳統能源日漸枯竭的背景下，生物質能源是理想的替代能源，被譽為繼煤炭、石油、天然氣之外的第四大能源。

由于生物質能源中的有害物質含量很低，屬于清潔能源。同時，生物質能源的轉化過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質，生物質能源的使用過程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循環排放過程，能夠有效減少人類二氧化碳的凈排放量，降低溫室效應。

此外，生物質能源資源豐富，分布廣泛。根據世界自然基金會的預計，全球生物質能源潛在可利用量達每年350EJ（1EJ為1018焦耳，350EJ約合82.12億噸標準油，相當于2009年全球能源消耗量的73%）。利用現代技術可以將生物質能源轉化成可替代化石燃料的生物質成型燃料、生物質可燃氣、生物質液體燃料等。在熱轉化方面，生物質能源可以直接燃燒或經過轉換，形成便于儲存和運輸的固體、氣體和液體燃料，可運用于大部分使用石油、煤炭及天然氣的工業鍋爐和窯爐中。國際自然基金會2011年2 月發布的《能源報告》認為，到2050年，將有60%的工業燃料和工業供熱都采用生物質能源。

圖1 利用農業廢棄物或下腳料（左）生產的生物質燃料（右）

依據臺當局發布的“再生能源發展條例”第三條第二項定義，生物質能指農林植物、沼氣及島內有機廢棄物直接利用或經處理所產生的能源。另在第三條第一項中，島內一般廢棄物與農業廢棄物等直接利用或經處理所產生的能源也屬再生能源。因此生物質可泛指由生物產生的有機物質，包括木材或林業材料(如木屑)、能源作物或農業材料(如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣)、畜牧業廢棄物(如禽畜臟器)、生物沼氣(禽畜糞、有機廢水、下水道污泥、垃圾掩埋場等產生的沼氣)、工業有機廢棄物(如有機污泥、廢紙、黑液)等。

按照臺當局的產業分類方法,島內生物質能源產業包含上游的原料，中游的生物質燃料生產，以及下游摻配銷售與應用。上游原料主要有動植物油脂、廢食用油、能源作物與農林業廢棄物；中游生物質燃料生產則可概分為生物質酒精、生物柴油等液態燃料，生物質顆粒等固態燃料與沼氣等氣態燃料的生產制造，下游應用端主要分為交通運輸用燃料以及生物質熱能與電能供應的電力與燃氣供應。

由于臺灣自然資源較為匱乏，生物質能源發展主要以垃圾廢棄物、生物質材料等作為自主料源，包括都市垃圾發電、事業廢棄物與農林材料熱電應用，以及將廢食用油轉制生物質柴油等。此外，根據國際生物質能源利用發展趨勢及島內可再生能源發展目標與推動策略，臺當局能源管理部門近年來開始重視島內生物質能的利用與開發，并分為“運輸用生物質燃料應用”及“定置型生物質燃料熱電應用”等兩大部分作為主要布局方向。

在運輸用生物質燃料應用方面，生物質柴油及生物質醇類(酒精)的利用是目前臺當局推動重點。其中生物質柴油應用與推動是在島內企業成功開發生物質柴油轉脂化技術后，依循島內料源優先、扶植內需市場、島內自主供應系統建立等原則，循序漸進地建立臺灣生物質柴油產業。目前，已推動全面生物質柴油B2（即將2%的生物質柴油添加于化石柴油)，使用量達每年1億升以上。在生物質醇類方面，基于現階段島內尚無生物質醇類制造廠，且考慮車輛適用性等因素，故在臺北市和高雄市共有14座加油站進行生物質酒精E3(添加3%乙醇于95無鉛汽油)的示范運行，以循序漸進方式逐步建構島內生物質醇類使用環境。

圖2 生產生物質燃料的相關設備（左）和產品（右）

在定置型生物質燃料熱電應用方面，鑒于全球發展趨勢，島內在生物質熱電的利用與供應方面也日顯重要，因此臺當局制定可再生能源中生物質電力(包含廢棄物及生物質能發電)的目標，規劃由目前的740.5兆瓦裝機容量(截至2013年12月)提高到2030年的950兆瓦；中長期目標則依據開發潛力、島內經濟及電力供應進行滾動檢討。除生物質燃料除發電外，包括汽電共生、蒸汽鍋爐、沼氣等應用在內的熱利用也很重要。由于生物質熱電發展所需的原料來源受限于料源的類別與供應情況，因此生物質熱電利用將以島內料源作為優先，其次為進口；在技術應用方面，生物質發電增長則以先進燃料轉換技術(顆粒燃料或生物質煤炭)及混燒技術為主。

鑒于上述生物質能源規劃、發展與應用需求，新一代生物質燃料成為島內相關企業和研究機構積極研發的方向，包括生物質煤炭、生物質燃料油、生物質航空油、先進生物質柴油、纖維素醇(含乙醇、丁醇)及生物產氫與沼氣應用等。部分研究機構、龍頭業者等已分別制定了短、中、長期規劃，以加速相關產業的實現。

臺灣生物質能源產業發展目標與策略

依據國際能源署(IEA)統計，2010年生物質能為全球第四大能源，供應全球約10%的初級能源需求，同時也是最廣泛使用再生能源，約占世界所有再生能源利用的76%左右。其中不含運輸部門的生物質能源消費將由2012年43EJ成長到2050年的60EJ，生物質電力裝機容量將由2009年的50吉瓦增長至2050年的560吉瓦，約占全球電力供應的7.5%。在生物質運輸用油方面，將由2010年的2.5EJ(2.0%)增長至2050年的32EJ(27%)，目前已有50多個國家和地區制定有運輸用生物質燃料推動政策。

表1 島內生物質能源發展現況及目標規劃表

臺當局也不甘落后，相繼制定了相關發展目標及策略。表1為現階段生物質能源發展現況及目標規劃表。根據臺當局能源管理部門統計，2013年島內生物質能源利用的發電裝機容量共達約740.5兆瓦，而要達到2030年生物質能發電目標，需預估現有可規劃的生物質物(廢棄物)潛力，依據2011年臺當局環保管理部門委托中原大學與工業技術研究院統計資料顯示，島內可利用料源(考慮收集率及扣除已利用)除都市垃圾及工業有機廢棄物外，尚有農林材料(廢棄物)計達每年268萬噸。

在運輸用生物質燃料產業發展方面，臺灣經濟管理部門于2009年4月提出“綠色能源產業旭升方案”，選定太陽光電、LED光電照明、風力發電、生物質燃料、氫能與燃料電池、能源資通訊及電動車輛等7項重點產業，依產業特性及技術潛力加以扶植，同年11月開始正式實施。在此計劃中，生物質燃料產業系以建立島內生物質燃料自主供應系統為愿景，其策略主軸為：開發低成本新料源、開發利基技術(如藻類、裂解等)，及建立第二代生物質燃料示范生產系統，并輔導產業設置示范工廠，以達到建立臺灣標準，并逐步提高添加比例，擴大使用量的目的。并通過推動示范計劃，初期對添加生物質燃料給予補助，以利產業扎根與建立，而最終達到全面使用愿景。

自“再生能源發展條例”公布施行后，臺當局對于各項再生能源發電方式提出采購優惠電價及長期收購等誘因，鼓勵企業投入再生能源產業發展，包括生物質能發電與廢棄物發電等，臺當局能源管理部門于2013年1月發布《沼氣發電系統推廣計劃補助作業要點》，結合地方部門推動多元料源沼氣發電系統設置與運行。為擴大執行成效，又于2013年12月發布《推廣補助作業要點修正辦法》，放寬每年核定補助計劃2案的限制，調整為每縣市每年必須申請1個項目，以加速沼氣發電的普及。

為實現各項生物質能源目標及推動產業發展，臺灣科技管理部門及經濟管理部門針對關鍵技術研發也不遺余力。在已完成的第一期“能源國家型科技計劃”中，生物質能技術研發項目包括：生物質酒精、生物質柴油(作物)、生物質柴油(藻類)、沼氣、生物質裂解油、生物質丁醇、生物質氫氣及生物質電力等8項。在2013年規劃的第二期“能源國家型科技計劃”方面，則將以生物質航空油、先進生物質柴油、氫化植物油(簡稱HVO)、先進生物質燃料(簡稱BTL)、微藻能源、纖維素酒精、纖維素丁醇及生物產氫/沼氣等項目作為未來能源科技研發重點領域，并積極整合島內產學研各界，帶動各項生物質能示范廠及量產廠的建立，進而構建島內生物質能源普遍利用環境。

根據臺當局制定的生物質能源發展目標，預計到2030年，島內運輸用生物質燃料年使用量將達到約15億升，當年生物質能發電裝機容量預計可達950兆瓦，生物質燃料產值(內需市場)達約新臺幣500億元。未來島內生物質能源技術與應用發展將朝向發展創新關鍵技術、妥適利用休耕地栽種能源作物，與有效利用廢棄物為目標，以達到提高自產能源，強化能源供應安全與貫徹資源可持續利用等多重效益。

臺灣生物質能源主要應用領域

目前，臺灣島內生物質能源應用主要分為以下幾個方面：

直接燃燒

主要著重于生物質專用燃燒設備的設計開發和生物質成型物的應用?，F已成功開發的成型技術按成型物形狀主要分為大三類，包括螺旋擠壓生產棒狀成型物技術、活塞式擠壓制的圓柱塊狀成型技術，以及內壓滾筒顆粒狀成型技術和設備。

生物質氣化

生物質氣化技術是將固體生物質置于氣化爐內加熱，同時通入空氣、氧氣或水蒸氣，來產生品位較高的可燃氣體。它的特點是氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。生物質氣化生成的可燃氣經過處理可用于合成、取暖、發電等不同用途，這對于生物質原料豐富的偏遠山區意義十分重大，不僅能改變他們的生活質量，而且也能夠提高用能效率，節約能源。

液體生物燃料

由生物質制成的液體燃料生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。雖然利用生物質制成液體燃料起步較早，但發展比較緩慢，由于受世界石油資源、價格、環保和全球氣候變化的影響，20世紀70年代以來，島內企業日益重視生物燃料的發展，并取得了顯著的成效。

沼氣

沼氣是各種有機物質在隔絕空氣（還原）并且在適宜的溫度、濕度條件下，經過微生物的發酵作用產生的一種可燃燒氣體。沼氣的主要成分甲烷類似于天然氣，是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即可燃燒。

臺灣是世界上開發沼氣較多的地區，最初主要是農村的戶用沼氣池，以解決秸稈焚燒和燃料供應不足的問題。此后，大中型廢水、養殖業污水、村鎮生物質廢棄物、城市垃圾沼氣的建立擴寬了沼氣的生產和使用范圍。自20世紀80年代以來，島內先后建立起沼氣發酵綜合利用技術，以沼氣為紐帶，將物質多層次利用、能量合理流動的高效農業模式，已逐漸成為農村地區利用沼氣技術促進可持續發展的有效方法。

圖3 島內生物質燃料產業供應鏈

通過沼氣發酵綜合利用技術，沼氣用于農戶生活用能和農副產品生產加工，沼液用于飼料、生物農藥、培養料液的生產，沼渣用于肥料的生產，因地制宜建立的多層次利用的生態農業模式，是改善農村環境衛生的有效措施，也是發展綠色種植業、養殖業的有效途徑。此外，臺灣一些企業還在開發沼氣發電技術，將厭氧發酵處理產生的沼氣用于發動機上，并裝有綜合發電裝置，以產生電能和熱能，具有高效、節能、安全和環保等特點，已在一些地區獲得推廣。

生物質發電

生物質發電是將廢棄的農林剩余物收集、加工成固化燃料商品，燃燒后轉化為電能的一種發電方式，主要包括農林廢物發電、垃圾發電和沼氣發電等，既防止秸稈在田間焚燒造成的環境污染，又改變了農村的村容村貌，是實現可持續發展的能源戰略選擇之一，目前正在越來越受到重視，得到臺當局的支持和民間的擁護。

就島內目前生物質燃料產業發展而言，目前仍以生物質酒精與生物質柴油等液態生物質燃料為主，廣泛應用作為交通運輸用燃油，另外生物質熱電產業也逐漸發展當中，而產業規模較小的氣態燃料、固態衍生燃料與液態裂解油等，因此生物質燃料產業可分為三大部分，其中以生物質柴油方面最為成熟，上、中、下游產業鏈完整；生物質酒精的產業鏈缺乏上中游；而生物質熱電產業鏈則仍處發展中。

圖4 使用生物質燃料的循環式流體化床鍋爐

不過，總體而言，島內生物質能源仍處在很不完善的境地，其產業化程度和發展規模都很差。其中包括：臺灣長期實行低電價政策，導致社會各界缺乏對發展生物質能的熱情，投資嚴重不足；受耕作制度的限制，農村土地高度分散，給料源的收集儲存運輸帶來很大不利因素，企業為原料支出的成本過高，影響經濟效益；臺當局雖采取補貼手段，但補貼門檻過高，手續繁瑣，困擾不少企業。

另外，島內生物質能研究成果與生產和應用有些脫節，難以轉化為生產力，推向社會。一方面企業因缺少資金，無法進行規模化生產，另一方面為了盡可能多地收回技術成本，部分企業有意拉長新技術向市場投放的周期，導致效率低下，最終難以維持。一些壟斷行業控制著部分能源的終端，也限制了中小企業的技術投入。

臺灣生物質能源產業發展現狀

2013年，臺灣整體生物質燃料產業產值約為新臺幣31億元，較2012年略為下滑。目前臺灣經濟管理部門正在積極構建內需市場，規劃利用休耕地、沼氣發電、熱電應用等政策推動產業發展。

生物柴油產業

臺灣經濟管理部門自2006年起相繼推動“能源作物綠色公車計劃”和“綠色城鄉應用推廣計劃”，并于2008年7月起推動島內車用柴油全面添加1%的生物質柴油(簡稱B1)措施，成為亞洲第一個不需補貼措施而能成功全面推動使用生物質柴油的地區。2010年6月起更進一步將生物質柴油添加比率提高至2%(簡稱B2)，2013年使用量約1億升。

生物質酒精產業

圖5 實驗型沼氣發電廠

島內自2009年7月底起推動“臺北高雄都會區酒精汽油應用推動計劃”，以擴大示范推動范圍，在臺北、高雄兩大城市合計有14處加油站供應E3酒精汽油，主要工作委托中油公司執行，2013年生物質酒精(E100)年使用量約236,500升。但酒精汽油因部分車輛的適用性問題，需先著重于車輛適用性的配套及自產生物質酒精工廠的輔導設置，但由于生物質酒精廠投資成本大，而現有推行計劃規模太小，廠商尚未積極投入。

生物質熱電應用產業

島內也著力于生物質能的熱電應用發展，目前已有企業投入生物質物熱電應用，如臺電公司已針對火力發電廠進行混摻3%生物質料源可行性評估，中鋼公司投資設立生物質煤示范工廠；造紙業新建循環式流體化床鍋爐、氣泡式流體化床鍋爐，將固態廢棄物衍生燃料(簡稱RDF)與煤混摻為燃料，生產蒸汽或發電；畜牧業則于廢水處理設備后端設置沼氣發電設施。目前RDF年產能約14萬噸，生物質能發電裝機容量約740兆瓦。

雖然臺灣島內生物質燃料產業已開始起步，并已著手投入新料源與新技術開發，但仍受市場規模、自產料源不足及收集清運高成本影響，如生物質柴油(廢食用油/油脂作物)雖已商業化，但料源分散、供應不穩、成本仍高，自主料源供應不足。而非糧(微藻、纖維素及生物質物)技術驗證及商業化技術，尚待突破；酒精汽油則通過示范運行，構建產業發展基礎，但仍有全面供應酒精汽油的料源、輸儲設施與老舊機動車適用性等問題；生物質物熱電應用方面也有企業國際化與市場經濟規模不足需補強。

為因應以上生物質能源發展限制，臺當局采取多項策略與措施以推動生物質能源產業發展。由于生物質能源首重料源，故需提高島內外料源供應，臺當局通過利用獎勵島內休耕地種植能源作物，提高本地產料源供應能力，并強化廢食用油回收體系，提高生物質柴油料源供應量。另外，臺當局還著手建立農林廢棄物(如稻桿) 收運機制，以充分采用生物質材料與廢棄物，并結合企業節能減碳計劃，以期降低成本、建立適當的商業模式并使應用在地化。

其次在于掌握關鍵技術與專利，如生物質醇、生物質物熱電燃料、微藻產油與生物質物轉換液態燃料等關鍵技術開發，臺當局通過鼓勵業界合作及新創公司，扶植相關產業發展，以擴大料源與提升市場競爭力；另外還通過政策推動與示范運行，以業界、法人與學界能源專案計劃，鼓勵非糧料源技術開發與商業化系統驗證，并由相關部門結合地方當局，推動獎勵設置沼氣發電系統，使其兼具能源、環保與經濟效益，塑造內需市場與建立業產發展基石。

展望未來，生物質能源的開發具有能源自主、農業發展、環境保護與經濟增長等綜效，島內農業產業基礎雄厚，生產技術優越，有能力種植能源作物，提供生物質能源必要的原料，但生物質燃料市場仍需仰賴臺當局政策性推動以及第二代生物質燃料技術的開發，以提供產業足夠的低價原料，才有機會擴充市場應用規模。目前，臺當局在各階段綠能政策中已針對生物質燃料產業設定發展目標，預計2030年生物質燃料占運輸用燃料10%，年使用量約15億升，通過塑造內需市場，建立生物質物精煉產業及布局海外料源，以進軍國際市場，期望島內產、學、研各界以掌握生物質能源關鍵技術為開發方向，結合島內產業界靈活應變的特性，實現生物質能源發展目標。