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生質能應用技術

生質能應用技術. 生質能開發目的. 隨著石油、煤、天然氣等化石燃料日益減少，世界能源問題日趨嚴重，而當現今研發新能源或替代燃料時，生質能的開發與利用便是其中重點之一，換言之，生質能可謂未來能源發展與地球永續經營重要一環。. 一、生質能概述. 生質物與生質能. 生質物(biomass):係指游生物產生的有機物質，而該有機物質可做為燃料或工業產品

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生質能應用技術

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Presentation Transcript

  1. 生質能應用技術

  2. 生質能開發目的 • 隨著石油、煤、天然氣等化石燃料日益減少，世界能源問題日趨嚴重，而當現今研發新能源或替代燃料時，生質能的開發與利用便是其中重點之一，換言之，生質能可謂未來能源發展與地球永續經營重要一環。

  3. 一、生質能概述

  4. 生質物與生質能 • 生質物(biomass):係指游生物產生的有機物質，而該有機物質可做為燃料或工業產品 • 生質能(biomass energy or bioenergy):係指生物所產生的生質物，經熱、化學或生物方式轉換而獲得的有用能源。依據我國「再生能源發展條例」的定義，生質能為「國內農林作物、沼氣、一班廢棄物與一班事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」。

  5. 生質物生長機制與能量效率 • 生長機制:生質物的產生係植物利用光合作用(photosynthesis)，將大氣中的CO2結合H2O轉化成CmHn(烴類)並產生O2且促進植物的生長(植物吸收二氧化碳的特性稱之為「碳匯(carbon sink)」) • 能量效率:當陽光入射至植被的地球表面時，所有波長光線中約25%的光能可被利用於光合作用，其中又約60~70%的能量被植物的葉片吸收，而葉片平均每吸收15eV的光能後，約轉換成含5eV之醣類，其能量的效率約為35%。綜合上述各項因子，光能轉換成化學能而儲存在生質物的效率約為6%(=0.25X0.70X0.35)左右

  6. 生質物種類 1.木材與林業廢棄物(如木屑) 2.農作物與農業廢棄物(如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣) 3.畜牧業廢棄物(如動物屍體、廢水處理所產生的沼氣) 4.工業有機廢棄物(如有機汙泥、廢塑橡膠、廢紙、黑液) 5.垃圾與垃圾掩埋場與下水道汙泥處理場所產生的沼氣

  7. 生質物能源轉換種類 (1)物理轉換:是種較簡單的能源轉換程序，如脫水、乾燥、分類、壓縮、造粒等，或在廢棄物中加入添加劑以製作成廢棄物衍生燃料等。 (2)熱轉換:為最常用的能源轉換方式，如直接燃燒(direct combustion)以生產蒸氣或熱能，又如廢棄物的之焚化，或以氣化(gasification)及裂解(pyrolysis)方式產生合成燃氣或合成燃油。 (3)化學轉換:如經轉脂化(transesterification)等化學轉換程序產生生質柴油。 (4)生物轉換:如利用生物菌種發酵(fermentation)等方法產生沼氣、生質酒精及氫氣等燃料。

  8. 二、生質物利用例子

  9. I.熱轉換~焚化發電廠 (1)焚化發電廠:又稱廢棄物轉化能源廠(waste-to-energy plant)或資源回收場。 (2)原理:焚化垃圾產生的熱能利用熱交換原理將廢熱回收鍋爐以產生的大量蒸氣推動汽輪機，連結發電機產生電能。 (◎焚化:係創造一高溫及充足氧氣的環境，利用劇烈的氧化反應將廢棄物燃燒破壞。)

  10. 焚化發電廠流程圖

  11. 焚化發電廠 維也納焚化發電廠 八里焚化發電廠

  12. (3)優缺點 • 優點:垃圾焚化後殘留的灰渣可作為建築及土木的材料，如石磚、磁磚、鋪路及填土等。 • 缺點:(1)廢棄物中的S、Cl及N等原子經反應後可能形成SOx、HCl及NOx等空氣汙染物 • (2)若燃燒條件控制不良時可能形成有害的稀有物質如多環芳香烴化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH)，呋喃(furan)，甚至戴奧辛(dioxin)

  13. II.物理轉換~廢棄物衍生燃料 (1)廢棄物衍生燃料(簡稱RDF):將廢棄物經物理前處理所產生的燃料 (2)原理:將廢棄物乾燥、分離或去除某些成分物質，並將廢棄物壓縮成塊狀、棒狀型態，甚至加工成液態或氣體而產生燃料

  14. RDF-5 工業技術研究院由不同廢棄物所製作的RDF-5

  15. (3)優缺點 • 優點:大幅減小廢棄物的體積，因而熱值提高、運輸容易，故儲存較久，並可作為替代性燃料。 • 缺點:以廢棄物或RDF-5為燃料燃燒時，由於RDF-5中氯、硫或一些金屬類含量較一般傳統化石燃料高，燃燒後有可能生成氣態汙染物（如氯化氫、硫氧化物等），而對原有系統造成腐蝕與積灰。

  16. III.化學轉換~生質柴油 (1)生物柴油（Biodiesel）:又稱為生質柴油，是用未加工過的或者使用過的植物油以及動物脂肪通過不同的化學反應製備出來的一種被認為是環保的生質燃料而這種生物燃料可以像柴油一樣使用。 (2)原理:由植物油和脂肪中佔主要成分的甘油三酯與醇（一般是甲醇）在催化劑存在下反應，生成脂肪酸酯。

  17. 生質柴油生產流程圖

  18. 優點: 一般化石柴油的替代燃料 減少溫室氣體的排放 黏度小於化石柴油，因此潤滑性較佳 閃火點高，安全性佳 缺點: 雲點低，易結晶 熱值較低 NOx排放量會增加 使用生質柴油，機動車的最大馬力輸出將會降低 (3)優缺點

  19. IIII.生物轉換~垃圾沼氣 (1)沼氣(biogas):又稱為消化氣(digester gas)、沼澤氣(swamp or marsh gas)或垃圾掩埋氣(landfill gas) (2)原理: 當有機物質於厭氧環境中，在一定的溫度、濕度及酸鹼度條件下，通過微生物的厭氧發酵作用， 即會產生沼氣 • 沼氣發電:將沼氣通過發電機組的發電機進行燃燒作功由作功後的扭矩帶動發電機的轉子繞組進行作功以完成發電

  20. 垃圾沼氣產生過程 Step1最初調整期:廢棄物一旦被掩埋後，可分解之有機成分即被微生物開始進行有機分解。此期之生物分解係以好氧反應(aerobic reaction)進行，因此稱為喜氣階段 Step2過渡期: 此期氧氣耗盡，因而喜氣菌消失並由厭氧菌取代。一旦掩埋場變成厭氣狀態，此時氮及硫被還原為NH3及H2S Step３厭氧發酵(厭氧消化):１酸化期２甲烷發酵期 Step４成熟期：此時期，大部分營養物隨滲出水去除，因而廢氣產生率明顯減少但仍以甲烷及二氧化碳為主

  21. 掩埋場沼氣產生情形

  22. 沼氣發電廠 台灣台北市的山豬窟垃圾掩埋場，沼氣發電廠 中國東台沼氣發電廠

  23. 優點: 所使用的來源豐富 生產發電技術簡單 最適合少量廢棄物地區的使用 所需的溫度不高，約5~35℃ 不會造成空氣污染 能改善甲烷對地球的污染，使能源回收再利用 缺點: 轉換效率低 種植原料所需的土地很大，不適合當作主力發電 原料含水量高，處理不易 (3)優缺點

  24. 三、能源循環利用

  25. 整合性能源牧場概念 • 藉由廣大的耕作土地，以黃豆及玉米分別做為生質柴油及乙醇的產生基礎，進而取代部份家庭用燃料油及柴油引擎用油。

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