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【還能怎樣】蘇忠楨:畜牧沼氣可以成為綠色能源嗎?

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記錄:陳妤寧

相較於屋頂上的太陽能光電板、沿岸風力發電機,沼氣是大家比較不熟悉的再生能源。台大動物科學技術學系的蘇忠楨老師和大家分享畜牧沼氣是否可以成為綠色能源?台灣沼氣利用的模式發展方向是什麼?

動物糞便是污染物?還是資源?

在探討動物糞便的利用與再生之前,我們必須先了解畜牧業在溫室氣體排放量中所背負的陰影:畜牧部門所產生的溫室氣體排放量約占全球人類活動的溫室氣體排放量18%,排放量更高於運輸部門。沼氣所含之甲烷及二氧化碳,皆為可造成產生溫室效應的氣體。其中甲烷的暖化潛勢更為二氧化碳的25倍,同時甲烷其熱值(5000 kcal/m3)與天然氣相當,具有非常高的能源利用價值。如果能夠有效運用畜牧業的沼氣,應當能一石二鳥的同時減少溫室氣體排放同時加強再生能源的使用。一個能夠維持生態平衡的畜牧業能源循環的系統,動物糞便、農業廢棄物和有機肥料等等,可以透過厭氧消化設施處理後產生沼氣,作為電力與熱源的供應。而這些電力與熱源還可再回頭來供養植物。

畜牧廢水處理三階段

第一階段為固液分離,固形物分離出液體廢水以製作堆肥,液體廢水進入初沉池前的有機物質含量越低越好,放流水也才能符合環保署的規定。第二階段為厭氧消化槽,動物糞便將進入一個類似密閉化糞池的密閉空間,經過水解後產生的沼氣可作為汽電共生,沼渣、沼液則可作為肥料。第三階段則是活性污泥槽,在曝氣系統中將廢水和活性污泥(微生物)互相接觸,將水中的有機物轉化成二氧化碳、水及更多的微生物。

回到畜牧廢水的處理階段之前,豬欄裡的「豬廁所」其實也需要精心的設計,利用豬隻動物行為設計最適合豬隻生長的豬欄。豬隻喜好在不適合躺臥休息,且潮溼陰涼的處所排泄糞尿。不過豬糞的碳氮比比較低,發電效果比較差。和沼氣相比,生物天然氣的甲烷比例高了20~40%,效率更佳。如果將畜牧廢水處理的第二階段厭氧消化和第一階段固液分離交換順序,甲烷的成分可以更高,但後續處理會較麻煩。未經純化的沼氣必須先經過脫硫處理,否則其中的硫化氫燃燒後會腐蝕發電機等金屬設備,也會造成酸雨污染環境。

直接燃燒製冷或製熱,效率更優於沼氣發電

回到台灣沼氣的實際發展環境,由於目前還沒有效率夠好的沼氣設備,沼氣發電的效率實際上只有25%,其他75%都成為廢熱。但畜牧沼氣若直接燃燒用於製冷或製熱的話,效率幾乎是100%。製冷包括吸收式冰箱、冷水機、空調等應用,製熱則包括水管加熱、替厭氧消化槽維持恆溫、以及鍋爐、保溫燈、熱水器、瓦斯爐等設備。蘇忠楨老師認為台灣利用沼氣的方向應以直接燃燒製冷/製熱為主要模式,以沼氣發電為次要模式,最好是場內已經具備經濟可行之沼氣發電機,或是用於區域型微電網,將區域性集中堆肥場轉型為畜牧沼氣工廠,每發一度電,節省一度電的購電成本。只要具備有機廢棄物的產業,例如可以水解微生物和發酵的食品工業大型發酵槽,皆可發展類似的應用,創造環保與產業發展的雙贏。

蘇忠楨

蘇忠楨在松菸閱樂書店解說畜牧沼氣做為再生能源的科學

【關於能源多元化系列講座】

能源多元化系列講座是Pansci舉辦的科學聚會,活動的主要形式是找兩位來自能源相關領域的講者,各自在 30 分鐘內與大家分享能源相關知識或相關的想法,並讓所有人對能源議題有興趣或關心台灣能源產業現況的人都能參與討論。本系列活動由PanSci 泛科學、工業技術研究院與經濟部能源局聯合主辦。

關於作者

熱愛將知識拆解為簡單易懂的文字,喜歡把一件事的正反觀點都挖出來思考,希望用社會科學的視角創造更宏觀的視野。