第七章再生能源（Ⅲ）介绍.ppt

第 七 章 再 生 能 源（Ⅲ） 7-4　生質酒精 生質酒精 由於將生質物轉換成酒精可做為汽油的替代品，因而該技術近年來深受矚目。酒精裡最重要的二種成份是甲醇及乙醇，甲醇及乙醇二者皆為無色的液體，前者的沸點是65℃，而後者的沸點為78℃。 甲醇可從任何含碳物質中產生而得，而除了生質物外，也可利用煤及天然氣作為甲醇產生的原料。對內燃機而言，甲醇是優良的燃料，因而目前是賽車的燃料。從天然氣轉換成甲醇是最便宜的方式，和汽油的製造成本比較並沒有貴太多。而如果自煤或木材中轉換，成本則約兩倍。使用甲醇作燃料的好處是可以減少管末空氣污染物的排放，特別是氮氧化物，但在溫室氣體排放的減量方面則沒有太大的貢獻 ( 和汽油比較 )。若甲醇滲入汽油中使用，汽車並不需要太大的修正。　　 乙醇的產生 乙醇的產生則可由甘蔗、玉米及木材轉換而得。目前國際上乙醇的產生以巴西及美國為最大宗，巴西生產乙醇的原料以甘蔗為主，美國則以玉米及澱粉為主。 早在1970年代發生石油危機時，「酒精汽油 (gasohol)」用於汽車的使用量即逐漸增加並取代部分石油。使用乙醇的好處是其能改善汽車的運轉情形並減少污染物的排放，如果自木材中轉換乙醇，由於樹木成長時會自空氣中吸收CO2，因而乙醇的使用能減少溫室氣體排放。但若自農作物如玉米中產生乙醇，由於作物的耕種、施肥及收割等程序皆會使用大量的能量，因而無助於能源的節省及溫室氣體的減量。而前述以農作物生產酒精汽油的成本甚至可能高於從石油中產生汽油的成本。 7-4　生質酒精 玉米轉換成乙醇的流程圖 7-4　生質酒精 巴西乙醇計劃 在1973年第一次能源危機發生，致石油價格急遽增加後，巴西在1975年啟動乙醇計畫。該計畫要求所有賣出的汽油必須滲入22% 由甘蔗所產生的乙醇，此即俗稱的「E22」。然而，由於後來石油價格的下降，使得該計畫難以維持，例如1997年所賣出的新車，不到1% 使用乙醇。 但是，由於該計畫能減少二氧化碳的排放，燃燒較乾淨、增加甘蔗工業的工作機會及減少石油的進口，且其價格僅有汽油的一半，因而目前乙醇計畫正逐漸復甦中。現今較新的嘗試作法是增產使用「E85（即85%乙醇+15%汽油）」的新汽車量，並逐年增加乙醇的出口。目前巴西佔有約全球50% 乙醇出口市場。 7-4　生質酒精 新興原料 藻類及纖維素是未來進一步開發生質酒精的新興原料。就藻類而言，其可生長在海水及廢水裡，僅需要一些陽光和二氧化碳就能生存。此外，藻類成長快速，在適當條件下，藻類的質量幾小時內就能增為兩倍。但目前為止，降低藻類燃料的成本，為艱鉅的挑戰。 纖維素源料可為農業殘餘物、林業廢棄物、地方性固態廢棄物、紙漿、速生牧草等。纖維原料中的纖維素及半纖維素，必須經過適當的處理轉化為糖質後，微生物才能行發酵作用產生酒精。由於糖質有葡萄糖、木糖、半乳糖、甘露糖及阿拉伯糖等多種糖類之分，因此未來將需仰賴基因工程的應用，透過基因序列的修改及DNA的剪接，若能培育出纖維轉化酒精所需菌株，生質酒精的開發及生產將可大幅邁進。 7-4　生質酒精 沼氣的生成是自然界物質代謝極重要的一環，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，通過微生物的厭氣發酵作用，即會產生「沼氣（biogas）」，其又稱為「消化氣（digester gas）」或「沼澤氣（swamp or marsh gas）」，沼氣也會出現在垃圾掩埋場中，故其也稱為「垃圾掩埋氣（landfill gas）」。 沼氣主要成分是甲烷 (methane, CH4) 和二氧化碳(CO2)，另外還含有少量一氧化碳、硫化氫 (H2S)、氫氣、氧氣和氮氣等氣體。 7-5　沼氣 沼氣 廚餘 (garbage)、畜禽排泄物(manure)、有機廢水 (organic wastewater)、污泥 (sludge)、農產廢棄物 (agricultural waste) 或都市廢棄物 (MSW) 可以做為原料，進行沼氣生成反應，而經厭氣發酵法處理，以產生沼氣作為能源之處理方式即稱為「甲烷化 (methanation)」。 沼氣可被用作燃料，因此在開發中國家（如中國、印度、尼泊爾、越南及哥斯大黎加等）其常被作為價廉的燃料以用於炊事。在廢棄物管理系統中，沼氣也可結合汽渦輪機以發電，因此其是再生能源開發中重要一環。沼氣若經濃縮及壓縮，亦可應用於交通運輸，作為機動車的燃料。 7-5　沼氣 沼氣 7-5　沼氣 自厭氧發酵槽產生沼氣之主要氣體成分及體積百分比例（平均值） 極稀 Oxygen, O2 0.1-0.5 H2S 0-3 H2 1-5 N2 0-0.3 CO 25-45 CO2 55-75 CH4 體積百分（%，平均值） 氣體成分 或稱為「厭氧消化（anaerobic digestion）」，係微生物在缺乏氧