生質能源燃燒應用-焙燒

                 隨著工業發展與大量使用化石燃料(煤與石油等),大氣中二氧化碳濃度攀升,造成全球暖化與地球氣候異常,至今年(2017)一月,二氧化碳濃度值更高達405.8 ppm,相較1950年的310 ppm高出許多。為避免二氧化碳所造成之氣候變遷問題日益惡化,世界各國近年來陸續通過多項協議(如哥本哈根協定、坎城協議與巴黎協議)致力於控制全球平均氣溫升幅以及降低碳排。考量我國用電來源仍以火力發電為主,如何開發高能量密度之再生能源並朝節能減碳目標發展將是一重要議題。

                 在眾多再生能源當中,生質能是僅次於化石燃料居於世界能源消費總量第四位的能源,也是地球上唯一一種既可儲存又可運輸的再生能源。綠色植物透過光合作用將CO2轉化為化學能儲存並形成有機物質,當此物質被使用後,CO2又重新釋放回大氣中,形成了完整的碳循環,該循環週期相較傳統化石燃料來得短,因此可視為零碳排放(Green house gas neutral)。生質能可大致區分為三類:1.糧食作物:由糖、穀物(澱粉)及動植物油脂;2.農林與工業廢棄物:木質部豐富的植物或有機生物質;3.薇藻。目前又以非糧食作物之第二代與第三代生質能為研發重點。此外,亦可藉由生物或化學轉化成其它形式之能源使用,例如分別透過焙燒(Torrefaction)、熱裂解與氣化過程將生物質轉化為生質炭、裂解油與合成氣,以供不同需求之使用。

                 以固態燃料燃燒發電為考量,生質料相較於粉煤具有低含硫量、資源分布廣、轉化方式多元與淨碳排放為零等優點,但同時也具有含水量高、熱值較低、燃燒易產生黑煙與運送成本較高等缺點。然而,透過焙燒(溫度介於200-300度之缺氧環境下)前處理可有效改善其燃料性質,提高能量密度(即熱值)、研磨性與疏水性,有利於保存與運送。同時,若生質炭的性質趨近於粉煤也將有助於混燒時的穩定性。

                 綜合上述,為了降低人為因素產生之溫室效應與氣候變遷,節能減碳已是全體人類的共同責任,除了有賴日常生活中節約用電的觀念提升外,在工業部門,透過焙燒後之生質料或廢棄物取代部分粉煤進行工業鍋爐混燒發電之策略亦備受矚目,若能結合純氧燃燒與碳捕捉封存之CCSU(Carbon Capture, Storage & Utilzation)技術,更可望達到零碳排甚至是負碳排,除了可實現廢棄物能源化再利用,也可降低衍生處理成本與環境衝擊,達成永續發展之目的。

作者介紹

國立成功大學 陳冠邦 研究員
研究方向著重於生質能源前處理技術(焙燒、熱裂解與氣化)、後續燃燒應用與熱流模擬。