文/ 洪嘉鎂 圖片提供/ 林裕仁研究員

筍農定期疏伐竹園時,會生產許多廢棄竹子,而竹加工廠生產竹製品時,也一併生產許多竹剩餘廢料,這些竹廢料直接燃燒會造成環境汙染,但隨意堆積、棄置也不是解決方案。林試所研究人員想到將竹廢料結合氣化發電,除了解決竹廢料問題外,還可以生產電力、竹醋液、生物炭等產品,300公斤竹廢料可產生80度電,為竹廢料找到另一條新出路。

竹材廢料無處去

提到竹子大家第一個會聯想到竹筍,但在1970年代到1980年代間,臺灣竹產業加工相當興盛,不過後來因為工資上漲,竹工廠便一間間拉下鐵門,或是外移到中國。

早期竹工廠生產竹製品時,會產生許多竹剩餘廢料,原本這些廢料都由金紙廠收購作為金銀紙原料,但近年環保意識高漲,金紙廠生產過程排放的大量汙水嚴重影響環境,因此被勒令停工,這些竹廢料就沒有去處。

根據農委會林業試驗所調查,2014年臺灣原竹生產過程所產生的廢料約8,997公噸,約佔原竹總需求量10%,而國內著名的竹製品生產區南投縣竹山鎮仍有30幾間工廠持續營運,一個月就能產生700公噸竹廢料,年竹廢材產生量為8,395公噸。

當地業者不知道該如何處理這些竹廢料,只好找上林試所求救,希望能解決竹廢料問題。林試所森林利用組研究員林裕仁表示,來尋求竹廢料解決方案的廠商一年可生產出300公噸竹廢料,當時剛好遇到研發木質氣化爐的兆映豐企業有限公司負責人卓家旺,思考若能將竹廢料運用在能源發電上,除了能解決竹廢料問題,還能產生能源,因此就決定投入竹廢料氣化發電相關研究。

卓家旺嘗試將過去研發木質氣化爐與竹廢料結合,投入氣化發電相關研究。

300公斤竹廢料發80度電

事實上,氣化發電的概念早在二戰時期就出現了,但因後來石化業發展興盛,電力取得容易,部分國家並沒有持續琢磨在氣化發電研究。

卓家旺表示,氣化發電原理就是熱裂解,讓廢料從固態變成氣態,將廢料放入雙層壁體結構的燃燒室內,透過燃燒、高溫裂解後,便會產生可燃性氣體,這些氣體還需要經過冷凝、過濾等階段,去除氣體內含有的雜質,如:水分、焦油等,才能將氣體輸入內燃機中發電。

不過氣化發電所產生的發電量,取決於廢料物質來源,卓家旺指出,最初投入氣化發電的原因是想解決行道樹修剪枝條、風倒木、漂流木問題,因而投入研究,過去研究知道1公斤的木材可以產生1度電,效率非常高。

林裕仁表示,竹廢料氣化發電後能產生的電量,大約為300公斤竹廢料可產生80度電力,屬於生質能源,生產生質能源並不會增加大氣中二氧化碳含量,因為燃燒後的碳與植物從大氣吸收的碳相同,有別於石化燃油的碳,會增加二氧化碳濃度,因此歐美許多國家都可以投入生質能源開發,燒木質顆粒發電,有些注重環保的國家甚至提高生質能源比例超過50%。

不僅有電,還有更多附加產品

利用竹廢料進行氣化發電前,得先選擇低含水量的竹廢料,並破碎成小碎片,才能送進氣化爐中。林裕仁表示,氣化發電的過程並不是只會產生電力,還會生產出醋液、生物炭及焦油,這些原料都有經濟價值。

竹廢料經過熱裂解等過程後,會產生可燃性氣體,可直接點火燃燒。

竹醋液的pH值大約在1到2之間,卓家旺表示,過去農民會運用竹醋液驅蟲,或是使用在土壤中,可以協助清除土壤壞菌、提升好菌,或作為除臭劑,在日本也有人運用竹醋液泡澡,不過生產醋液產品得要有炭產業,因此目前這類產品大多都從國外進口。

林裕仁指出,氣化發電生產出來的生物炭與平常農民燃燒的生物炭不太相同,因為一般生物炭是在500度到600度溫度下燒製而成,但是氣化發電的生物炭的燃燒溫度超過1000度,性質比一般生物炭還好,但放在土裡使用分解速度相對較慢,在農業上還需要再研究,不過氣化發電的生物炭可運用在工業及生活中,像作為原子炭原料,或是做為過濾水的濾材、除臭等。

那焦油該如何再利用?卓家旺表示,早期的木頭會漆上焦油,達到驅蟲、防腐等效果,像可以漆在文旦、橘子類果樹上,達到保護效果,或者也可以再將焦油進行二次裂解,用於發電。

評估區域狀況,設置發電設備

每個區域的竹廢料生產狀況不見得相同,到底要怎麼設置發電設備才會最好的選擇?林裕仁表示,還是要看需求狀況,舉例來說,當初是竹工廠來尋求協助,因此設置一組氣化發電設備就能解決竹廢料問題。

林裕仁分析,單廠型投資氣化發電成本較高,成本回收期也會相對較長,在投資效益評估時,有考量區域型發電,可蒐集更多竹廢料進行發電,成本回收期也能大幅縮短,但區域型無法由竹工廠單獨操作,需要透過地方政府或是籌組專門公司執行業務,當中考量的內容不只有設備,連背後的營運都要詳細規劃。

國內竹廢料生產點不只有竹加工廠,還有筍農定期疏伐竹園後,留下的大批竹子,這些竹子也多無處可去,農民只能燃燒、破碎或燒製成生物炭。

氣化爐設置機組數與地點都需要仔細評估,規劃營運方式。

卓家旺表示,氣化爐也可以是移動式,目前最小的機組一個月可消化150噸的竹廢料,有需求的地區可設置一台機組解決環境問題,像山區部落設立機組後,農民不需要將疏伐後的竹子、樹木隨意丟棄或燃燒,而且若遇到颱風來襲斷電時,這套設備還可以做為臨時發電機應急。

法規、料源、設置地點仍是最大難題

雖然木廢料、竹廢料都可以用於氣化發電上,解決大量廢料問題,兆映豐企業有限公司也投入大筆經費完成第三代氣化爐,但現階段政府對於生質能源氣化發電廠並沒有完善規範,因此目前竹子廢材氣化發電仍在研究階段,得要有人先提出發電廠設置申請,才能逐一解決後續面臨的問題。

林裕仁表示,到底發電廠該蓋在哪?是否需要經過環評?廠商得先提出申請才會知道後續狀況,另外在國外氣化發電相關研究報告有提到,發電廠設置地點距離料源生產地得小於50公里,不然會賠錢。

卓家旺指出,發電廠就算能設置完成,料源能否穩定供應維持電廠營運?是否可直接向農民收購廢料?但目前經濟部能源局訂定藉由無厭氧設備生產的生質能源收購價格只有2.6元,這很難去穩定料源供應,希望政府能好好考量提高收購價格,這樣廠商才能有資金去收購料源。

(本文與行政院農委會林務局「國產竹材產銷供應鏈建構與技術推廣計畫」 合作刊登、計畫執行單位:工業技術研究院)
記者
洪嘉鎂

畢業於海洋大學水產養殖系,因為誤打誤撞而一頭栽進媒體業。希望能用文字更接近吃下肚的食物與生產環境,不是只會「吃」而已。

chiamei@agriharvest.tw

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