生質能


        有機物亦稱生質(biomass),其能直接或間接地充當燃料使用。生質之主要成分為碳氫化合物,追根究底其係來自植物之光合作用。每年地球上植物界之光合作用吸收 之太陽能一此乃今日全球年總消費能量之 10 倍。前章中所述之化石燃料,事實上即數百萬年前植物行光合作用之產物。檢視未來各種具有潛力之可能能源中,生質能於滿足未來之能量需求一例如,家庭需求、偏遠地區之開發或石油之取代等,均將扮演相當重要之角色。

生質能具備下優點:

(1)提供低硫燃料

(2)提供廉價能源(於某些條件之下)

3)將生質轉化成燃料可減少環境公害(例如,垃圾,∼燃料)

4)與其他非傳統性能源相較,技術上之難題較少

至於其缺點則有:

1)植物僅能將極少量之太陽能轉化成生質

2)單位土地面積之生質能密度偏低,則缺乏適合栽種植物之土地

3)生質之水分偏多(5095%)。

 

生質轉化程序

        將生質轉化能源使用,已有許多技術可以採用。各種生質最有效利用之方法,即其只要含有少量水分,則可在靠近產地附近將其直接燃燒產生熱但此種使用方式極受限制,因一般能源需求常遠離生質產地,且直接加熱燃燒並非唯一能量需求方式。欲減輕運輸問題且增加生質能之用途,吾人常將生質轉化成各種易於使用之燃料,這些燃料(例如,木炭、乙醇與甲烷等)可供各式設備利用並滿足各種能源需求。生質之主要轉化利用方法列於圖,一般言之,這些技術均以生化轉化(biO,chemical conversion)或熱化學轉化(therrn。chemical conversion )為主。

生質之來源

        具有潛力可直接充當燃料、或間接轉化至較方便運輸之燃料(液體)或電力之生質來源有許多種類,茲分述如下:

1.牲畜糞便

        如牛、羊、豬、馬與駱駝等牲畜之糞便,經乾燥後可直接燃燒供應熱能。若糞便經過厭氧處理(anaerobic treatmenO,會產生甲烷和可供肥料使用之淤渣(slurry)。利用小型厭氧消化槽(anaerobic digestor),僅需三至四頭牲畜之糞便即能滿足低度開發國家中小家庭每天能量之需求。

2.農作物殘渣

        農作物之殘渣已被考慮用做生質能轉化之原料,例如,稻米與玉蜀黍之殘產量約為 4 公噸/公頃。然而移除農作物殘渣會嚴重影響農田之養分,此外,農作物殘渣遺留於耕地上亦具有水土保持與土壤結構維護之功能,因此,農作物殘渣不可毫無限制地供作能源轉換。

3.薪柴

        薪柴至今仍為許多開發中國家或未開發國家之重要能源,於這些國家居住於窮鄉僻壤之人家,仍需仰賴薪柴以滿足大部分能量需求。薪柴亦為這些國家某些行業一例如,磚窯業或冶陶業之重要能源。即使是已開發國家,例如,瑞士,薪柴亦佔全國56%之總能量需求。不過由於日益增加薪柴之需求,將導致林地日減,需適當規劃與植林方可解決此一問題。

4.製糖作物

        對具有廣大未利用土地與適宜種植製糖作物之國家而言,如將製糖作轉化成乙醇將可成為一種極富潛力之生質能。製糖作物最大之優點,乃在於可直接將其醱酵(fermentation)變成乙醇。

5.城市垃圾

       一般城市垃圾主要成分為紙屑(佔 40%)、紡織廢料(佔 20%)與廢棄食物(佔 20%)。將城市垃圾直接燃燒將可產生熱能,或是經過熱解(pyrolysis)處理而製成燃料使用。

6.城市污水

      一般城市污水約含有  0.02 0.03 %固體與 99%以上之水分。下水道污泥(sewage sludge)有望成為厭氧消化槽之主要基質。

7.水生植物

      利用水生植物轉化成燃料亦為增加能源供應方法之一。水生植物如水信子(water hyacinth),俗稱布袋蓮,於許多地方均有。成長迅速之布袋蓮根惹人厭,因其阻礙船隻航行與水上運動,如將其轉用於生產能源方面則同時亦可減少其清除問題。

8.能源作物

      種植能源作物亦為增加生質能方法之一,目前較具發展潛力之能源作物包括:

.快速成長作物樹木

.糖與澱粉作物(供製造乙醇)

.含油與碳氫化合物作物

•草本作物

•水生植物

環境與經濟之衝擊

        生質轉化成能源,猶如農作物生產,皆屬勞力密集行業。其需要大量勞力投入是可理解的,因為大部分用於能源轉換之生質之能源密度極低。生質原料分布廣闊且含有大量水分,因此造成生質採收與運輸困難。進行大規模生質轉換成能源,當可預期將導致社會變遷(勞力需求增加)並產生某一程度之環境與經濟衝擊。


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