循環經濟

國內外沼氣發電趨勢概況

因應全球氣候變遷,各國將面臨能源轉型來達到減碳排、永續循環的目標,其中以生質能方式進行沼氣發電,不但可以使廢棄物得到妥善處理與去化,同時亦能產生沼氣做為能源使用,具有減碳、循環利用的發展潛力。目前國外有許多厭氧醱酵產沼氣再利用的應用經驗與案例,例如:歐洲國家主要將沼氣進行純化與發電應用,根據歐洲沼氣協會(European Biogas Association, EBA)對歐洲沼氣和生物甲烷的統計(圖1),在2020年達到191 TWh (兆瓦時,Terawatt-hour),相當於18.0 bcm (十億立方公尺,Billion cubic meters)的產量,預估到2050年時,將達到1,000 TWh。



圖1 歐洲地區沼氣和生物甲烷產量 (資料來源:EBA Statistical Report 2021)

歐洲國家大多以禽畜糞便,或是搭配各種農業廢棄物與能源作物等多種有機料源,進行厭氧醱酵產生沼氣,例如:德國因種植大量玉米,使德國有80%的沼氣場皆使用玉米青貯厭氧醱酵產沼氣;在丹麥則是利用禽畜糞便作為厭氧醱酵產沼氣,根據研究(Birkmose et al., 2007)顯示,禽畜糞可產生827 PJ(皮焦耳,Picojoule)的沼氣能源。臺灣的沼氣發電大多應用在畜牧業、食品業、酒廠、造紙廠、水資源中心與生質能源廠等,例如:水資源中心厭氧醱酵槽以污泥為有機料源而產生沼氣並進行發電;或是畜牧場以豬糞尿進行厭氧醱酵,例如:台糖東海豐農業循環園區以果皮、葉菜類農業廢棄物與豬糞尿進行厭氧醱酵產生沼氣與發電;屏東中央畜牧場則是以未經烹煮調理過的廚餘搭配豬糞尿進行沼氣發電。無論是歐洲國家或是國內,皆以高碳含量的料源進行厭氧醱酵來提升沼氣產量,增加沼氣發電量。

在全球能源需求漸增下,沼氣發電與生質能為未來能源發展之新趨勢,國外沼氣發電產業發展蓬勃,而臺灣的能源來源大多倚靠進口,厭氧醱酵系統也多使用國外技術,國內自有技術相較匱乏,因此需以更具彈性、擴展應用層面,發展適合國內厭氧生質能沼氣發電技術。工研院水科技研究組已於雲林地區建立厭氧醱酵生產沼氣示範場(酸化槽體積40 m3、醱酵槽體積200 m3),沼氣產量可達400 m3/day,產生的沼氣經脫硫系統脫除硫化氫後,沼氣中的硫化氫濃度可低於10 mg/L,發電機組的發電量可達600 kWh/day,完成本土化高效厭氧醱酵單元與沼氣發電系統的開發與實場驗證,歡迎有興趣業者洽談,共同為國內的綠能與減碳目標盡一份心力。



 工研院材化所水科技研究組110年於屏東某畜牧場拍攝



參考資料
[1] EBA (2021), “EBA Statistical Report 2021”
[2] Birkmose, T., Lyngsø Foged, H., Hinge, J., 2007, State of Biogas Plants in European Agriculture, Danish Agricultural Advisory Service.
[3] 黃雯婕,李麗梅,鄭嘉俊,謝欣如,陳幸德,利用共醱酵提升沼氣場沼氣產量,2021,材料世界網,材料最前線,2021年6月30日刊登。


撰寫人:黃雯婕
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