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生質能源的固態利用方式:固態廢棄物衍生燃料RDF-5(densified refuse derived fuel, dRDF或RDF-5)

生質能源的利用方式及種類很多,可由原料劃分,也可以依照加工程序歸類。為了方便讀者迅速地對目前現有的各種生質能源有概略性地瞭解,BET將以生質能源被利用時的型態,即固態、液態和氣態來作分類。

固態的部份主要是指的是固態廢棄物衍生燃料技術(densified refuse derived fuel, RDF-5)。液態生質能源基本上是生質燃料(biofuel),包括生質酒精(bio-ethanol)及生質柴油(biodiesel)。氣態燃料的部份則有合成氣與沼氣。氣態燃料除了可以直接作為燃料用以發電,也能夠再進行轉化形成液態燃料與其他化學產品。值得一提的是,生質能源從原料到最終應用可能經過多次的相變化與化學程序,因此生質能源在此三態的應用並不是全然獨立的。

本篇文章將先介紹固態廢棄物衍生燃料技術(densified refuse derived fuel, RDF-5)。

RDF-5簡介

自古以來,人類堆起木材點火燃燒,就是一種固態生質能源的利用方式:其原料經過轉換以後,最終以熱能形式被利用。要談當代最重要的固態生質能源,一定要提到固態廢棄物衍生燃料技術(densified refuse derived fuel, dRDF或RDF-5),它指的是對原料進行物理前處理後,再將成品送入鍋爐燃燒發電,或是進一步與其他物質行氣化、裂解反應的能源利用方式。其原料可以是都市廢棄物(例:家庭垃圾)、農林廢棄物(例:廢木材)、一般事業廢棄物(例:廢紙漿)…等。圖1為造紙業廢料生成之RDF-5燃料錠。

讀者們看到RDF-5這個命名,多半會認為既然有RDF-5,那理應有RDF-6或是RDF-1。是的,根據美國試驗材料協會(American Society for Testing and Materials, ASTM)的標準,廢棄物衍生燃料(refuse derived fuel, RDF)一共可以分為7類,詳見表1。然而從原料加工成這7類燃料的成本與困難程度差異頗大,再者燃燒效率有高下之分,其使用方式更是不盡相同。

考量成本、效率以及使用便利性,RDF-5脫穎而出成為最廣受討論與研究的對象。有別於焚化爐處理的是經過粗略分類的一般垃圾(RDF-1),RDF-5對於原料成分有更高的要求。廢棄物必須先經過破碎、選別、乾燥後,再加入添加劑,以製成外型與成分都符合特定規格,長度約數公分的錠型燃料。燃料若有一致的形狀及熱質,不但有助於運輸與保存,更有益於鍋爐內燃燒狀況的控管,進而提高發電效率,同時降低廢氣排放、減少戴奧辛汙染,因此RDF電廠發電效能優於一般焚化爐。RDF-5燃料除了可以做為主要的燃燒原料外,也可以搭配其他原料進行混燒(co-firing),以調節鍋爐內的燃燒狀況。

RDF-5利用現況

目前日本在RDF-5全球發展上居於領先地位,從1988年至今已有60餘座RDF-5製造廠以及5座RDF-5發電廠設立,上述的製造廠除了都市廢棄物外,也可處理紙業、水泥業的廢棄物。另外,歐盟的發展也相當熱絡:奧地利、荷蘭、義大利、德國、芬蘭都已有RDF-5生產系統,而比利時及英國目前也正在建設中。至於台灣的部份,雖然起步較晚,但目前已有一些應用案例,例如花蓮縣政府與工業技術研究院能資所合作,在豐濱鄉建立都市廢棄物的RDF-5製造示範廠;業界則有南投南崗工業區的高烽資源再生公司,投入將一般事業廢棄物製成 RDF-5燃料的事業;在造紙業有40餘年歷史的正隆公司,則是將RDF-5技術整合進製程中,將廢料製成RDF-5燃料錠,送入自己既有的汽電共生發電系統與煤炭混燒,可節省廢棄物處理費用以及煤炭採購成本共數億元台幣,成效相當卓著。

小結:

總的來說,利用RDF-5的方式可大可小,大至汽電廠可以用來取代或分擔焚化爐的工作量,改善空氣汙染問題以及垃圾處理效率;小至燃燒鍋爐則可以和廢棄物產出地點整合,就地處理廢棄物後直接生熱或發電,形成共生系統降低生產成本;其中在歐洲甚至已有使用RDF-5的家用暖爐問世。生質能源發展道路上的選項並不是只有生質柴油或生質酒精,若考量技術門檻、市場規模以及上下游供應鏈完整程度,RDF-5其實相較之下有許多優勢,值得生質能源從業朋友們思考。

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關於作者

三個大學同學在畢業後各自步上不同的旅程,卻對於生質能源有著相同的興趣與期待,因此希望藉由寫作整理所知所學,並與全世界分享與討論。