畜牧業沼氣發電的推廣與應用--創新水科技研發服務網

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畜牧業沼氣發電的推廣與應用

黃雯婕 2020-06-11 0 2299

有機物在厭氧條件下，被微生物分解的過程稱為「厭氧醱酵」。有機固體物的厭氧醱酵主要會包括水解、酸化、甲烷化之三階段反應(圖1)。在厭氧醱酵過程中產生的氣體，稱之為沼氣，沼氣主要成分為甲烷(CH₄)與二氧化碳(CO₂)，此外還有少量的氫氣(H₂)、氮氣(N₂)、一氧化碳(CO)、硫化氫(H₂S)和氨氣(NH₃)等。在甲烷化階段中，約有72%的甲烷是來自微生物分解乙酸而成：CH₃COOHCH₄+CO₂，其餘約28%的甲烷是來自CO₂還原而成：CO₂+4H₂CH₄+2H₂O。

圖1 厭氧反應之有機物轉成甲烷流程

沼氣是一種再生能源，可藉由廚餘、農業廢棄物、廢水污泥與畜牧場動物糞便進行厭氧醱酵產生，既能減量有機廢棄物，亦可將收集的沼氣作為能源使用。目前畜牧場排出廢水經過三段式廢水處理，在厭氧段會產生大量的沼氣，經過沼氣袋收集後進行再利用，例如：沼氣產生後再經脫硫單元，降低沼氣中硫化氫(H₂S)濃度後，送至沼氣發電機進行發電。另外，沼氣也可直接燃燒利用，產生熱源作為豬舍保溫使用；或再經過純化(去除CO₂)提高甲烷濃度，作為天然瓦斯使用。

國外對於畜牧場產生的廢棄物處理方式有別於國內利用三段式廢水處理程序，由於國外畜牧場豬舍形式的不同，導致豬舍排出的豬糞固體物濃度較高，因此，國外(特別是歐洲)將豬舍排出的高濃度豬糞尿一起進入厭氧醱酵槽處理，而國內通常先經過固液分離，將固體物與液體分開處理。由於進料特性不同，將導致厭氧醱酵槽的設計/操作、所需空間與產生沼氣量的有較大之差異。高濃度豬糞尿的厭氧醱酵槽，除了產生較多的沼氣量外，其槽體所排出的沼液與沼渣，皆可回歸農地做為肥料或堆肥使用，可達到具經濟效益又可創造能源、廢棄物減量之多重價值。

經濟部工業局提供經費補助之沼氣發電產業鏈推動計畫，在雲林麥寮建立一套國產化的沼氣發電示範場(圖2)，適合台灣中小型規模(2,000頭豬隻)之畜牧場使用。該示範場之組成單元包含：高效厭氧醱酵系統、兩段式(生物與化學)脫硫系統、沼氣發電機組與IoT/AI監控系統等。進料基質為畜牧場所排出的豬糞尿，經過一年多的穩定操作運轉，該厭氧醱酵系統的沼氣產量最高可超過400 m³/day，產生的沼氣經兩段式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650 kWh/day。今年(2020年)，該示範場將以多元料源作為進料基質，藉由厭氧共醱酵方式，再結合不同的操作策略，藉以提高示範場的沼氣產量，並進而提高整體的沼氣發電量，歡迎有興趣的業者進一步洽談合作事宜。