點石成金―農林廢棄物應用於燃料生產 及回歸農田...
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林業研究專訊 Vol. 23 No. 6 201610
專題論述
加工成用品的部份使用,大部份的植物體卻
沒有直接的使用價值。這些未直接被利用的
物質,除了碳、氫、氧外,還有重要的巨量
元素氮、磷、鉀與其他微量元素,這些養份
與能量往往需要先經過分解才能夠再於自然
界中循環利用。燃燒即是一種有機物快速分
解、釋放能量與養份的途徑。
100%採用農林廢棄物所製成的生質固態
燃料,若用以取代傳統煤炭,在無工業污染物
的問題前提下,其灰燼更具有了回到農業再利
用之價值,可整合使用於農業有機肥料以促成
物質的循環,進而發揮循環經濟的精神。完整
的循環將包括使用受到把關的乾淨農林原料、
供應生物質燃料專用的燃燒設備。
廢棄物衍生燃料
◎廢棄物衍生燃料定義
廢棄物衍生燃料(refuse derived fuel,
RDF)技術是把廢棄物利用物理或熱化學等方
點石成金―農林廢棄物應用於燃料生產及回歸農田
在農業或林業生產過程中,常會產生出許
多廢棄物或副產品。各國作物種類和耕作方式
不盡相同,因此產生之農業作物殘體之種類和
數量亦異。如每生產一公噸之稻穀,將伴隨產
生一公噸之稻草和166公斤左右的稻殼;而每生
產一公噸玉米,亦會產出約計175公斤玉米與玉
米鬚、一公噸玉米桿及410公斤玉米穗軸。
臺灣一年生產之作物殘體估計約有兩百
萬公噸(楊等人,2003)。常見的農林廢棄物如
木材、青草、稻稈、風倒木與漂流木,疏伐
砍除的銀合歡與傳統木竹加工業下腳料,種
植菌菇類殘餘的太空包木屑等等。這些物料
若沒有找到適合的使用或處理管道,容易造
成下一輪栽種的不便,或是腐敗分解徒增溫
室氣體與環境污染等問題,嚴重時甚至導致
河川的堵塞造成水患。
農林副產品、廢棄物能量與生物質循
環的整合應用
人們通常僅僅取用植物體可食用或可
⊙文、圖/川佳公司‧魏承洋 ([email protected])
稻草堆及颱風後廢木照。
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專題論述
(魏承洋 製作)
(來源:科學發展月刊,廢棄物衍生燃料的使用)
農業廢棄物利用循環經濟圖
廢棄物衍生燃料效率
RDF-1 <10~20% RDF-7(IGCC)>35%
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專題論述
法,轉製為性質均一燃料的技術,依據處理
程序與成品狀態區分為7類(RDF-1至RDF-7)。
如上表所示,隨著處理程序的提升,所產生
的RDF燃料等級越高,能用於發電的能量回
收比例也越高。
RDF-1屬於直接將廢棄物送入焚化爐焚
化回收熱能。進一步利用分選、破碎、乾燥
等物理程序使性質得以均一化,壓製成固
態,則可提升燃料品質至RDF-5;而透過無氧
中溫(約攝氏300~500度)的加熱裂解技術,把
廢棄物轉製為液態油品,稱為RDF-6,精煉
之後可用於燃油引擎,取代部份汽油或柴油
的使用;透過高溫(約攝氏800~900度)部分氧
化的氣化技術,把廢棄物轉製為氣態的合成
燃氣(主要可燃成份含氫氣、一氧化碳、甲烷
等),則稱為RDF-7。
◎RDF-5特性
RDF-5可由農林、工業或都市廢棄物,
經分離、壓縮、乾燥後製造而成,故一般生
質物或廢棄物的基本化學性質仍然存在。有
時為了避免RDF-5受到微生物的作用而腐敗,
儲存環境須乾燥,一般會在製程中添加石灰
石或消石灰以防止腐敗。
RDF-5外型:RDF-5通常加工成直徑2公分以
下的圓柱顆粒。川佳公司特別開發出可同時
生產直徑16 mm的圓柱顆粒、3公分×1~2公分
厚的小圓片狀的燃料片、6公分塊狀及9公分
圓柱形…等生質燃燒棒產品之加工設備。因
RDF-5外觀與物性較原料狀態更均一而緊密,
可節省運送成本7~13倍,且較容易進料和運
輸。若RDF-5製造廠位於使用廠附近,也可直
接由製造廠區以管線或輸送設備輸送至使用
廠內應用。
熱值與燃燒特性:RDF-5具有較原料狀態更
均一與更安定的燃燒特性,可單獨燃燒或和
煤炭、木屑等混合燃燒。其熱值依來源不同
而異(3,400~6,500 kcal/kg),而燃值6,500
kcal/kg相當於褐煤的熱值。
RDF-5的形狀與煤炭、木屑相近,又都
是固體燃料,因此比較容易混合燃燒。RDF-5
和石油、天然氣等比較,在運輸、保管、供
給等處理上較複雜,但和煤炭等固體燃料比
較,又較為簡單。使用RDF-5必須有固體燃料
燃燒用的鍋爐,如爐格式燃燒爐、流體化床
式燃燒爐等。
污染物控制:最理想的系統其實是在製造產
品的階段即避免或替代重金屬或含氯有機物
的使用,由於相關的廢棄物將不會含這些物
質或衍生物,廢棄物在加工成RDF-5及燃燒之
後自然既不會含有這類的污染物,也不會產
生有毒性的衍生物,也減少了後端污染防治
設備的負載。使用潔淨的農林廢棄物為RDF-5
原料,則是典型地採用不含污染物的原料,
RDF-5外觀。
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專題論述
直接避免污染物或毒性物質進入生產線中而
有利於後續的再利用。
據工研院統計,2010年臺灣RDF-5總產能
達18.3萬公噸,所產生的燃料提供汽電共生鍋
爐、蒸氣鍋爐做為替代煤炭使用,替代了可觀
的煤炭使用量。以目前RDF-5市場的應用技術
而言,既設鍋爐若不經修改,約可採用30%以
下的RDF-5和煤炭混燒;若針對RDF-5新設計
的專用鍋爐,則可100%使用RDF-5燃燒,同時
可達到系統穩定、各項污染物排放都符合環保
法規所訂的標準(萬等人,2010;川佳-雲林縣
環保局稻草再利用計劃報告,2014)。
目前已開發國家致力於發展生質能鍋
爐、潔淨燃料及額外獨立生質能發電供給系
統,預期透過該類生物能源科技之發展,目標
於2030年前達成促進生物能源普遍性使用。
◎我國農林廢棄物RDF-5 的發展限制與機會
靈活而彈性的RDF-5生產
農林廢棄物的來源種類繁多,對於運輸
及加工等等成本有不同程度的影響,影響程度
最大者首推原料的含水量及堆積密度。含水量
影響了製程中乾燥所需的能耗,堆積密度則影
響了原料運送至加工工廠的車次與運費。是故
川佳與屏東縣環保局合作於枋寮巨大廢棄物回收廠RDF-5生產線照。
全臺首座商轉生物質固態衍生性燃料生產線。(左為屏東路樹來料,右為RDF-5生產線)
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專題論述
進行生命週期評估時,性質蓬鬆而分布分散的
原料如稻稈,其集運費就相當地可觀,反而成
為稻草再利用與RDF-5化的瓶頸;木竹製品業
的下腳料、種植菌菇剩餘的太空包等亦有這樣
的特性,建立移動式、在地化或分散而小型化
的RDF-5加工場,由加工場直接輸出成品會是
有效節約運費成本的可行方式。
從原料到使用者的上下游整合
對於已有集中處理管道的單位,配合
RDF-5生產與RDF-5使用,相對而言是極具效
率的整合方式,在許多熱帶國家的棕櫚油廠、
碾米廠、木材加工廠及糖廠等等多有與RDF-5
生產利用的整合,供應廠內或銷往廠外使用。
在臺灣已成熟的RDF-5加工廠多使用事業廢棄
物為原料,整合廢棄物處理與廠內能源供應的
典型如正隆紙業於后里的汽電共生廠。
農林廢棄物應用於農業
特定種類的農林廢棄物,經粉碎及品
質調整之後能夠作為栽培介質的使用,用於
栽培菌菇或是植物等等。由於介質體積較
大,較為鬆散而易於壓縮,在調質後可進行
造棒,達成成品乾燥、減容而有利於日後的
運送與保存,避免了高濕度引發霉菌滋生的
狀況,也增加倉儲與運輸空間的使用效率,
最常見的產品類型即為自東南亞輸入的椰纖
磚,被廣泛應用於溫室網室栽培。
由於都市空地有限,能用於蒔花弄草的
空間不多,近年來陸續出現綠屋頂等善用樓
頂空間的方式。早期樓頂設計承重較少,種
植植物實不宜直接使用土壤,以免土壤重量
過重而發生屋頂坍塌的狀況。
為減少屋頂承重,必須選用適當的栽種
植物與介質,更有特別為了增加可用種植空
間的植栽柱、植栽牆等等設施的出現,甚至
別具巧思地附加了高效率用水與高效率施肥
等等功能,達成減少重量並減少用水,不僅
安全合適,在農林廢棄物再利用方式上更增
添了不少趣味。川佳公司亦已開發並建置完
成專用的有機栽種介質棒技術與輕耕栽種架
專利機架及模組化網室設計, 目前亦正式全
面性推廣,希望能建構全國座整合性有機農
業的應用模式並發展出智慧城市的農業 . 真正
將所回收的農林廢棄物,充份有效地應用於
有機栽種介質棒,肥料棒,綠能燃料棒等更
多樣性的領域用途並提昇其價值。
農林廢棄物所生產的介質棒及肥料棒的應用。