跳到主要內容區塊 ::: menu
站內搜尋
close

技術資訊

:::

國內循環技術

生物質處理技術對環境保護、資源利用、能源替代和經濟效益等方面具有重要意義,通過有效處理生物質廢棄物,可以減少環境污染,保護土壤、水源和空氣品質,將農業、工業及民生廢棄物轉化為有價值的產品,如有機質肥料和生質燃料,實現資源回收和循環利用、生產可再生能源、替代石化燃料、降低溫室氣體排放、有助於能源結構優化和應對氣候變遷。 此外,生物質處理技術還能降低企業廢棄物處理成本,創造新的經濟價值,帶動就業和經濟增長。國內生物質循環利用技術架構圖如下。

國內循環技術圖

技術介紹

          國外循環技術

          歐盟於啟動綠色政綱後,訂定研發3大支柱如卓越的科學(excellent science)、全球挑戰與產業競爭力(global challenges & european industrial competitiveness)以及創新歐洲(innovative europe),而食品、生物經濟、自然資源、農業與環境為其項目中的6大主題之一,且包含資助具高潛力且突破性的技術與創新公司,為促進生物質循環推動技術發展與多領域整合的有力推手。

          而生活型態與我國相近的日本,於2012年由國家政府和相關部會同意《生物質利用技術現狀及路線圖》,後結合《生物質商品化策略》並於2020年完成訂定,以定期追蹤生物質利用技術,作為產學官之間的共同平台,並根據技術發展,以有效地進行研究和示範。

          除了已成功發展出的案例與實績,生物質廢棄物再利用相關研發發展仍持續進行開發,受關注之相關技術如水解技術與厭氧消化產氫技術說明如下。

          一、水解技術
          醣類為許多化學品(有機酸、酯類、醇類等)及高價值產品(胺基酸、維他命、抗生素等)之重要原料之一。由廢棄木質纖維素生物質中提取醣類可實現資源永續利用,又不致危害國家糧食安全。其中一研究為使用日本雪松作為原材料,利用自催化水熱水解法將木質素分解為醣類,供後續合成高價化學品使用。此研究將水解反應分為兩步驟:空氣氧化及水熱水解反應。首先透過180-200ºC之空氣氧化反應增加酸性官能基(酚基、內酯基、羧基)之產量,再利用酸性基團達到自催化效果,加速水熱水解反應,最高之葡萄糖產量為139.6 mg/g raw material(激烈反應因子(Severity factor,R0)為3.2 x 104);透過此方法之應用,可避免傳統葡萄糖製程中具腐蝕性或昂貴之試劑使用問題。

          國內循環技術圖

          資料來源:Fujimoto et al.,Unprecedented glucose production using auto-catalytic hydrothermal hydrolysis of lignocellulosic biomass with no catalyst addition,2024年。
          自催化水熱水解法分解日本雪松以獲取醣類

          二、厭氧消化技術生產沼氣轉換氫能
          沼氣產氫技術可分為兩種,首先第一種技術利用沼氣純化技術,透過蒸氣甲烷重整(Steam Methane Reforming, SMR)流程產製氫氣,而常見之沼氣純化技術包含:物理吸附、化學吸附、壓力震盪吸附、薄膜技術及低溫蒸餾等,然該技術使用之沼氣須經額外沼氣之淨化及壓縮程序,導致能源使用效率降低5-15%。

          第二種沼氣產氫技術將含有二氧化碳及甲烷之混合沼氣投入乾式甲烷重整(Dry Methane Reforming, DMR)程序,不需經過沼氣淨化及壓縮程序,從而有效避免額外之能源效率消耗,此外,二氧化碳之存在有助於沼氣及合成氣(Syngas)間之轉化,再利用水煤氣轉換(Water-Gas Shift Reactor, WGS)反應將合成氣轉化為氫氣及二氧化碳,相較於其他熱化學技術,乾式甲烷重整技術可有效轉化甲烷及二氧化碳等兩種溫室氣體,被認定為未來高二氧化碳含量沼氣轉換之關鍵技術。

          為改善產氫技術之高能耗挑戰,英國研究人員近年致力於精進厭氧消化技術,旨在透過兩階段之整合系統將生物質中之糖類作為原料持續產製甲烷及氫氣,研究團隊使用厭氧消化污泥之連續流體攪拌反應槽將糖類轉化為氫氣,而產製之氫氣則回饋利用於甲烷生產。於連續型生產系統中,厭氧消化之能量需求將隨著基質濃度升高而逐漸下將趨於穩定,然隨著基質濃度增加,必須額外添加鹼基,以維持產氫系統之理想酸鹼值,研究團隊亦調查鹼基添加量級基質濃度等最佳操作條件。
          國內循環技術圖

          資料來源:Edinburgh Sensors,Using Anaerobic Biomass Digestion to Produce Hydrogen and Biofuel,2017年。

          國際推動成果案例

                    north