受保護的內容: 煤炭有幾種？可以洗乾淨嗎？——乾淨的煤？(一)前處理篇

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作，泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯，那誰來負責逮捕？

許多人第一時間想到的，可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實，我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強，為什麼癌症還是屢屢得逞？關鍵就在於：癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」，騙過免疫系統的菁英部隊；更厲害的，甚至能直接掛上「免查通行證」，讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見，大搖大擺地溜過。

過去，免疫檢查點抑制劑的問世，為癌症治療帶來突破性的進展，成功撕下癌細胞的偽裝，也讓不少患者重燃希望。不過，目前在某些癌症中，反應率仍只有兩到三成，顯示這條路還有優化的空間。

今天，我們要來聊的，就是科學家如何另闢蹊徑，找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略，會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎？

免疫療法登場：從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前，我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」，就像威力強大的「七傷拳」，殺傷力高，但不分敵我，往往是殺敵一千、自損八百，副作用極大。接著出現的「標靶藥物」，則像能精準出招的「一陽指」，能直接點中癌細胞的「穴位」，大幅減少對健康細胞的傷害，副作用也小多了。但麻煩的是，癌細胞很會突變，用藥一段時間就容易產生抗藥性，這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀，人類才終於領悟到：最強的武功，是驅動體內的「原力」，也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折，也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

你可能不知道，就算在健康狀態下，平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙，全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制，看到癌細胞就立刻清除。但，癌細胞之所以難纏，就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中，有一批受過嚴格訓練的菁英，叫做「T細胞」，他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺，會在自己身上掛出一張「偽良民證」，這個偽裝的學名，「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」，縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時，T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」，叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」，簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時，就等於是在說：「嘿，自己人啦！別查我」，也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子，這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨，等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號，因此 T 細胞就真的會被唬住，轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 （immune checkpoints）」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」，作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效，T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋，重新發動攻擊！

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草，理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用；標靶藥物雖然有效，不過在用藥一段期間後，終究會出現抗藥性；而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤，所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者，也能獲得比起化療更長的存活期，以及較好的生活品質。

不過，儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局，這些年下來，卻仍有些問題。

CD47來救？揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破，但還是有不少挑戰。

首先，是藥費昂貴。 雖然在台灣，健保於 2019 年後已有條件給付，但對多數人仍是沉重負擔。 第二，也是最關鍵的，單獨使用時，它的治療反應率並不高。在許多情況下，大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說，仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果，而且治療反應又比較慢，必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說，這種「沒把握、又得等」的療程，心理壓力自然不小。

為什麼會這樣？很簡單，因為這個方法的前提是，癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢？

想像一下，整套免疫系統抓壞人的流程，其實是這樣運作的：當癌細胞自然死亡，或被初步攻擊後，會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時，體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動，把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說，它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

接著，巨噬細胞會把這個特徵，發布成「通緝令」，交給其他免疫細胞，並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」，就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

而PD-1/PD-L1 的偽裝術，是發生在最後一步：T 細胞正準備動手時，癌細胞突然高喊：「我是好人啊！」，來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢？如果第一關，巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題，根本沒發通緝令呢？

這正是更高竿的癌細胞採用的策略：它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子，就像一張寫著「自己人，別吃我！」的免死金牌，它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α，SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號，大腦就會自動判斷：「喔，這是正常細胞，跳過。」

結果會怎樣？巨噬細胞從頭到尾毫無動作，癌細胞就大搖大擺地走過警察面前，連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布，T 細胞自然也就毫無頭緒要出動！

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中，癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有！

為了解決這個問題，科學家把目標轉向了這面「免死金牌」，開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路，可說是一波三折。

不只精準殺敵，更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥，就像打造一把神兵利器，太強、太弱都不行！

第一代 CD47 藥物，就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」，你可以想像是超強力膠帶，直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時，這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc，這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子，吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了！CD47 不只存在於癌細胞，全身上下的正常細胞，尤其是紅血球，也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果，第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略，完全不分敵我，導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊，造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小，導致一些備受矚目的藥物，例如美國製藥公司吉立亞醫藥（Gilead）的明星藥物 magrolimab，在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病（AML）的單株抗體藥物。

太猛不行，那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體，而是改用「融合蛋白」，也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置，但結合力比較弱，特別是跟紅血球的 CD47 結合力，只有 1% 左右，安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元，收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白，可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上，TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622，則是在6月29號，研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

但第二代也有個弱點：為了安全，它對癌細胞 CD47 的結合力，也跟著變弱了，導致藥效不如預期。

於是，第三代藥物的目標誕生了：能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力，但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」？

為了找出這種神兵利器，科學家們搬出了超炫的篩選工具：噬菌體（Phage），一種專門感染細菌的病毒。別緊張，不是要把病毒打進體內！而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造，再加上AI的協助，就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後，就開始配對流程：

1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖，能打開的通通淘汰！
   
2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖，從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」！

接著，就是把這把「神鑰」的結構複製下來，大量生產。可能會從噬菌體上切下來，或是定序入選噬菌體的基因，找出最佳序列。再將這段序列，放入其他表達載體中，例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」，就大功告成了！

目前這領域的領頭羊之一，是美國的 ALX Oncology，他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1，對巨噬細胞的吸引力較弱，需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的，是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台，從上億個可能性中，篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時，他們選擇的標籤蛋白 IgG4，是巨噬細胞比較「感興趣」的類型，理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中，就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點，有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外，還有漢康生技的FBDB平台技術，這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如，把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果，多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑，到破解「免死金牌」的 CD47 藥物，再到利用 AI 和噬菌體平台，設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說，最棒的好消息，莫過於這些免疫療法，從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力，都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」，帶來了更多的希望。

• 文/廖英凱

本次的系列文章中，我們討論了燃煤發電的三個重要的階段，包含前處理、燃燒過程和燃燒後處理。在本文中，就讓我們來認識設置於北台灣，擁有最新超超臨界技術的林口電廠的過去、現在、以及未來吧。

回首來時路：蓋建築前先蓋電廠是常識吧？

1960 年代，伴隨台灣工業起飛的用電需求攀升，台灣電力公司在台北縣林口鄉（現為新北市林口區）下福里的海邊興建了林口發電廠，廠內設置了兩座裝置容量各為 300 MW 的燃煤與燃油機組，為當時單一機組裝置容量最大的發電機組。1970 年代，能源危機使原油價格飆漲且供應不穩，林口電廠將燃油機組改建為燃煤機組以降低發電成本並提升能源穩定。由於燃煤機組不適用於尖峰時期的電力負載調度，1998 年，林口電廠另增設了兩座裝置容量各 150 MW 的天然氣／輕油雙燃料氣渦輪發電機。至 2011 年間，林口電廠可提供 900 MW 的電力，約為當時台電總裝置容量的 2%。

由於機組使用年限已逾 40 年，2005 年起林口電廠「先建後拆」的方式，於廠區空地開始規劃興建兩座裝置容量各 800 MW 的超超臨界燃煤機組；並於 2011 年將林口電廠的既有四部機組開始除役； 2016 年與 2017 年，新的兩部機組開始商轉供電。同時，於原機組拆遷後的空地興建第三座 800 MW 超超臨界燃煤機組，預計於 2019年商轉供電。屆時林口電廠將可提供 2400 MW 的裝置容量（註：中火燃煤為 5780 MW；大潭燃氣為 4984.2 MW）。

這煤很純，不來一點嗎（？）

煤炭的使用歷史悠久，自人類進入工業化時代，煤炭與工業的發展、與近代文明的進展高度相關。由於礦藏分佈世界各地且儲存容易，而使煤炭價格低廉且供應穩定，特別適合大型工業與發電業使用，在全世界的能源消費中，大約佔了 28%^1,2，僅次於石油的消費。在台灣的情境中，台電所屬的燃煤電廠，每年也約消耗了 3000萬公噸的煤炭。

雖然煤炭的主要成分是碳，但仍含有氫硫氧氮等元素，這是由於煤炭是古代植物的化石，經由長時間的生物與地質作用碳化而成。不同地區的煤礦碳化程度不同，依碳化程度由低至高，常分類為為泥煤、褐煤、亞煙煤（次煙煤）、煙煤（生煤）與無煙煤。由於碳化程度越低，雜質也越高，而容易在燃燒後產生氣體污染。例如，煙煤的碳含量大約是在 69% 至 89% 之間³；而無煙煤的碳含量則提高為 86% 至 98% 之間，其餘的雜質則為水、空氣、氫、硫、氮等物質組成。這些雜質導致煙煤的燃燒，比起無煙煤會產生更多的煙、氣體污染，且熱效率也較低。不過值得一提的是，含碳量略低於煙煤的亞煙煤，雖熱值較低，但因硫份也較低而較少污染。

因此，近幾年有部分地方縣市政府，試圖制定禁燒生煤條例或停止核發「生煤許可」，就是希望能避免燃燒雜質較高的煙煤，而加劇空氣污染的程度。只是由於越高品質的煤炭成本也會隨之提高，產量也較少，實務上燃煤電廠仍多使用亞煙煤與煙煤作為燃料，而高品質的無煙煤則較常見於家用燃料或暖氣，應用在無法裝設過濾與環保設施，且與人類生活更為接近的使用方式。

一約既定，山海難阻

由於煤炭需全部仰賴進口，煤炭的供需除須兼顧供給穩定與經濟效益以外，進口煤炭也應考量煤炭的成份以降低污染或提升效率。台電目前進口煤炭的國際合約，主要為印尼與澳洲，占總進口量的八成以上，其餘少部分則進口自俄羅斯、美國與哥倫比亞等。採購的種類則為亞煙煤與煙煤，並針對煤炭的熱值、水份、灰份與硫份訂定品質標準。

以主要進口國印尼和澳洲為例，印尼煤的熱值較澳洲煤低，代表電廠燃燒印尼煤的的發電效率較低，但澳洲煤的灰份與硫份卻比印尼煤高，使燃燒廢氣的污染較為嚴重，因此實務上當煤炭送進煤倉存放後，還會根據不同產地、批次的成分差異，以適當的比例混用入鍋爐燃燒，以同時達到燃燒效率與污染控制。

仰賴海運進口的煤炭，也需要有港口疏運的配合。雖然自 2015 年起，林口電廠已設置了專屬的卸煤碼頭接收來自各產煤國的煤炭。但如果行經林口電廠附近，會發現仍有部分閒置的鐵軌與鐵路設備。這條已停用的「桃林鐵路」，是 1968 年，為搭配林口電廠新建而設立的專屬運煤鐵路，連接林口電廠與桃園火車站以銜接西部縱貫鐵路，而能載運來自台中港的煤炭，至 2012 年底鐵路停用為止，提供了每年 160 萬噸，3000 車次的 40 餘年運煤歷史。

2012 年底桃林鐵路停用後，林口電廠並未停止營運，而是改以台北港接收煤炭後，再以濱海公路的卡車運輸進廠。然而火車每車次運量約 500 噸，但卡車僅有 23 噸。使公路運輸期間，每天須從台北港轉運 200-250 車次的卡車，才能滿足一台新機組每日 4600-5750 噸的燃料需求。對於規劃中最終將有三部機組，預計每年最高可至 630 萬噸的用煤量來說，公路運輸除交通上完全無法負荷以外，也會增加煤塵溢散的空汙問題與運輸轉運的能源消耗。因此，專屬的卸煤碼頭與密閉式的輸送系統，正可以確保輸送的穩定、效率與避免污染。

• 延伸閱讀：煤炭有幾種？可以洗乾淨嗎？──煤的旅程（一）前處理篇

台灣還需要林口電廠嗎？

儘管污染防制與管理的技術與思維可以不斷精進與投入，但相較起眾多發電方式，燃煤電廠對於環境的影響仍相對較大。對於燃煤電廠新建或營運的顧慮，在可預期的未來也必然存在，然而所有的工程開發本為權衡輕重後的選擇。因此，有必要來簡略盤點對於當代台灣，我們還有哪些需要林口電廠的理由。

回到燃煤發電的本質，若未來沒有更為嚴苛的碳稅等政策工具的制定，則燃煤電廠仍因燃料取得容易，而擁有價格低廉與較天然氣相對穩定的誘因。從燃料的運送與儲存角度來看，煤相比起石油、天然氣、核燃料來得更容易儲存及運送，林口電廠目前規劃的煤倉，就能提供電廠 30 天以上的安全存量，相比起天然氣安全存量在 2019 年僅有 7 天，預計至 2027 年才提升至 14 天。此外煤炭也沒有天然氣供應鏈中的外洩問題⁴。因此，雖然燃煤欠缺負載調度的能力，但其低廉與穩定的特性，對於在選擇基載發電廠時，燃煤絕對具有相當大的誘因。

若回到台灣各區電力供需的狀況來看。長期以來北區均處於供不應求，而須仰賴中區的電力調度至北區。預估在 2025 年時，北區的電力需求為 14-15 GW（註：1 GW = 1000 MW），約為全台的 40%，而電力供給僅能提供 34% – 35%，而有約 5% 的電力缺口需從中南區調度。林口電廠 2.4 GW 的裝置容量，則可提供了 16% 的北區用電需求，在供需不平衡的狀況下，更顯其價值。

再以各區的電廠發電形式來考量 2025 年的情境，北區的燃煤電廠，屆時有花蓮和平電廠（1.3 GW）與林口電廠（2.4 GW）共計 3.7 GW 的裝置容量；中區的燃煤電廠則為台中電廠的燃煤機組（扣除4部機轉為備用機組之容量後，全廠縮減為 3.3 GW）與麥寮電廠（1.8 GW）共計 5.1 GW 的裝置容量；而南區的燃煤電廠則為興達電廠的燃煤機組（ 2.1 GW）與大林電廠的燃煤機組（1.6 GW）共計 3.7 GW 的裝置容量。北中南三區的燃煤發電裝置容量比為 3:4:3 尚稱分配均勻，也意味者三分區的電力結構中，都仍保有相對低廉穩定的燃煤作為基載電力。

從電力調度傳輸的風險和能量耗損來看，長途電力調度有主幹電網、變電所故障的風險，故需投資額外線路或設備以降低風險；長途電力傳輸也會有 4.5% – 4.6% 的線路耗損。因此，若有鄰近於重要工業區與人口密集區的大型電廠，則可以減少電力傳輸與電壓所造成的能量消耗。

最後考慮未來太陽光電與風力發電占比大幅提高的情境，在此情境中電力系統應有更高度的調度靈活性，而需大量仰賴燃氣機組與電池調度，但國際能源署在「World Energy Outlook 2018」的執行摘要中，亦指出傳統電廠仍是保持電力系統靈活性的主力，並應搭配新的電網互聯、儲電和需量反應技術做為支持，以確保電力系統的穩定⁵。

綜上所述，對於當代台灣的電力結構、區域發展與經濟考量，林口電廠等燃煤發電，確實有值得存在的理由，但也需要對污染防治持續性地投入與關注。

• 延伸閱讀：
  煤炭有幾種？可以洗乾淨嗎？──煤的旅程（一）前處理篇
  超超臨界是什麼？如何增加火力發電的效率？──煤的旅程（二）燃燒過程篇
  火力發電的廢氣如何處理？一套不夠裝兩套就好了嗎？ ——煤的旅程（三）燃燒後處理篇

從此只有眼前路，煤有身後身

儘管燃燒廢氣中的重金屬、硫化物與微粒等污染，可仰賴環保技術的投入而能有效抑制。但在對空汙品質越發重視與擔憂的社會來說，燃煤的空汙狀況，仍是其先天的劣勢。更重要的，是使用煤炭等化石燃料過程中產生的二氧化碳，與其導致的氣候變遷、極端天氣，更是全體人類在未來數年亟需解決的難題。

從國際趨勢來看，國際能源署在「World Energy Outlook 2018」中，利用不同時期發電技術成本與電力系統價值的變化的估計，認為「幾乎在所有地方」太陽光電雖難以在沒有政策支持的情況下取代既存的燃煤電廠，但已比新建燃煤電廠更有競爭優勢。

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在 2018 年 10 月的「IPCC全球升溫 1.5ºC特別報告（SR15）」中指出，若要維持地球環境的適居性， 2030 年時的二氧化碳排放量需比 2010 年時減少 45%，並在 2050 年時實現零碳排。對於煤炭的使用，則應在 2050 年時降至所有一次能源的 1% – 7 %，且大部分燃煤，應搭配碳捕捉與封存（CCS）技術使用，以實現零碳排放⁶。為能有效減少二氧化碳排放，對於部分積極面對氣候變遷提出減碳作為的歐洲國家，如法國預計在 2021 年；英國與義大利預計在 2025 年；荷蘭、丹麥與葡萄牙則預計在 2030 年，即關閉所有燃煤電廠⁷。

回顧台灣的情境，2018 年中華民國全國性公民投票第八案「您是否同意：確立「停止新建、擴建任何燃煤發電廠或發電機組（包括深澳電廠擴建）」之能源政策？」，公投結果以 38.46% 的「有效同意票數對投票權人數百分比」通過。有投票的人數中，有  76.41% 的投票者支持此項公投。在科學研究結果、國際趨勢與國內民意展現相互吻合的情況下，燃煤電廠在台灣幾無新建或擴建的機會。不過，台灣大概也難以如歐盟諸國，有相對優勢的環境或豐沛的資源能積極放棄燃煤發電。但燃煤電廠若能憑藉其低廉成本，投入更多資源強化煤炭的採購過程與標準制定；更節能與減污的運輸與儲存設施；提升燃燒效率的燃料加工與鍋爐技術；以及燃燒過程對廢氣品質的持續監測；燃燒後的集塵等環保技術。既存的燃煤電廠，仍可以保有其競爭優勢，又能盡可能減少對環境的衝擊。

在可預期的未來，面對氣候變遷帶來的衝擊，台灣要再興建下一座燃煤電廠自有其高難度。若既有的燃煤機組沒有延役或或提早退役的的計畫，則尚有一機組興建中、且各項技術新穎的林口電廠，將以末代燃煤電廠之姿，佇立於國門，持續肩負降低發電成本與支持電力穩定的重責大任。

延伸閱讀

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• 超超臨界是什麼？如何增加火力發電的效率？──煤的旅程（二）燃燒過程篇
• 火力發電的廢氣如何處理？一套不夠裝兩套就好了嗎？ ——煤的旅程（三）燃燒後處理篇
• 供應鏈中的甲烷外洩，抵銷了天然氣的減碳效益

1. 1. BP-Statistical Review of World Energy
   2. International Energy Agency-Data & Publications-Coal Information 2018
   3. Indiana Center for Coal Technology Research-COAL CHARACTERISTICS 2008
   4. 泛科學：供應鏈中的甲烷外洩，抵銷了天然氣的減碳效益
   5. International Energy Agency-World Energy Outlook-Executive Summary 2018
   6. Intergovernmental Panel on Climate Change-Global Warming of 1.5 °C
   7. CarbonBrief-The EU got less electricity from coal than renewables in 2017
   8. Sandbag-The European Power Sector in 2017

本文由台灣電力公司委託/廣告，泛科學企劃執行

• 文／陳柏宇

上一篇我們討論了使用煤炭的前置處理，歡迎來到第二道程序「燃燒過程」。燃燒的過程，怎麼變「乾淨」？

讓煤在燃燒過程中比較「乾淨」的方法，有三個主要的方向：

1. 讓煤或固體燃料燃燒得更完全。
2. 提高能源轉換效率、讓生產單位電力所使用的燃料減少。
3. 完全改變原本的燃燒方法。

粉煤機讓煤變小，比較好混

第一個讓燃燒過程更「乾淨」的方法，增加燃煤燃燒效率。

可以開始想像一下國中理化或是國小自然教的內容：當反應面積增大的時候，反應可以比較完全。因此在燃燒前，我們會將煤炭送進粉煤機變成粉煤（pulverized coal ），除了燃燒效率提升外，黑煙或是廢氣的產生也可以減少許多。如前文提到的，不同煤種會有不同燃燒特性，也是在這個階段進行「配煤」，搭配出最適合的比例。

新技術流體化床讓固體變流體，燃燒更完全

上頭講到的讓粉煤進入鍋爐內燃燒，燃燒可以比較完全沒錯。但大家應該知道粉塵這種東西易燃易爆炸，會導致鍋爐裡的溫度非常高，長期下來對於鍋爐影響甚鉅，爐壁甚至會有結渣問題，氮氧化物也會偏高，真的很麻煩。

因此，讓我們用完全不一樣的流體化床（fluidized bed）概念取代傳統像燒金紙那樣通通丟進一個桶子裡開始燒的運作方式，在  1970 年代左右，流體化床（fluidized bed）的應用逐漸成形。

流體化一詞是用來描述固體與流體接觸時的一種運動狀態。將固體放在有氣孔的容器中，當有氣體透過孔洞噴吹快速進入容器中、速度逐漸加快時，固體顆粒將會開始懸浮、分離，並且可以自由的運動或轉動（可以想像成吹麵粉裡的乒乓球），這時這些固體的性質開始接近濃稠的液體。繼續講原理可能還要一萬字，所以就先在這裡打住囉。

這樣一來有甚麼好處呢？

相比傳統鍋爐（固定式），流體化床的固體顆粒可以均勻分布於爐內、氣體與固體間的熱質傳較高、一次燃燒的總物量相對較大、操作溫度不高比較穩定等等。破碎後的煤中加入生質物料、甚至是破碎廢棄物混燒等，流體化床都相對會是個比較好的選擇。

除了燃燒效率之外，流體化床對於污染也有幫助。例如對於高含量硫份的物質，例如前兩年都吵很兇的生煤、石油焦，可以在燃燒時就先加入石灰石，讓他們一起激情翻騰燃燒，大幅減少硫氧化物的排放量。另外，流體化床爐溫較傳統的燃燒爐低，製造出的氮氧化物的濃度也就相對較低。

目前這樣的爐體在台灣並不多，除了永豐紙業、以及台汽電外，還有台塑真的拿來燒石油焦。國際間規模也因為爐體設計上的問題，使流化床鍋爐的功率（目前最大 460 MW）仍略小於傳統鍋爐（600 MW以上）。未來如果往循環經濟的方向前進，這是必須進步的技術。

提升發電效率：「超超臨界」到底是甚麼？

大家現在對於「超超臨界」這個名詞大概不陌生，但要知道超超臨界是甚麼，我們需要先來簡單了解一下火力發電的運行，整個過程可不只是燒煤而已喔。簡單來說就是蒸汽機的原理：用煤火燒水變成水蒸汽，透過水蒸汽的高壓推動渦輪機再帶動發電機，出力完畢的水蒸汽冷凝後再加熱進入新的循環。

細節版在這裡：
1. 工作流體（多數為水）先被壓縮，在壓力下成為高壓流體，溫度也跟著上升。

2. 高壓流體來到鍋爐進行加熱，高壓流體吸收了外部熱源成為過熱蒸汽。

3. 過熱蒸汽膨脹後，推動渦輪機發電；蒸汽的溫度和壓力降低，成為濕蒸汽。

4. 濕蒸汽然後進入冷凝器，被冷凝成為飽和液體，並重覆回到第一步驟。

恭喜你，已經看完了工學院都知道的「郎肯循環」（Rankine Cycle）。那超超臨界到底是甚麼啦？先來看一張圖，這是水的三相圖，就是水有三態，固態、液態和汽態的意思。

以上為一般的循環，而如果把水加壓加壓再加壓 （250 bar 以上）、加溫加溫再加溫（600℃ 以上），它就會突破我們稱之為臨界點的境界（上圖的粉紅色點點）。從此時起，變成具有液態、汽態特性的流體。然後把上面講的郎肯循環拿來解釋一下，如下圖。

左邊是原來亞臨界樣子，右邊是超臨界的樣子，因為上邊界明顯上移，中間圍起來的部分變多了，而中間的範圍其實就發電機轉換出電能的部分；所以超超臨界重點就在於在循環中提高輸出的效率。根據台電月刊提供的數據，主蒸汽壓力每提高 1 MPa，機組的熱效率可提升 0.13 ∼ 0.15 ％；主蒸汽溫度每提高攝氏 10 度，機組的熱效率可提升 0.25 ∼ 0.30 ％。效率更高、生產單位電力所使用的用煤量較少，也是減少污染重要方法。

這就是國際間目前講求的高效低排放（HELE）燃燒技術，概念上大概一百年前就存在了，只是礙於材料技術的發展，大約 70 年前才出現第一座超臨界機組（規模不大）；大約十年前，才有第一座超超臨界。超超臨界機組整體發電效率比起亞臨界多上 6~10 %，整體的發電成本也相對減少。國際上，近幾年火力電廠的機組翻新，之前熱議的深澳電廠，也都採用這種方法。

而以目前的林口發電廠為例，該廠舊機組於 2014 年除役，1、2 號機改以超超臨界機組運轉，與其過往亞臨界機組相較，發電效率由 38% 提升為 45%，亦即在發電量相同的情況下，每年可減少 20％ 排放，遠低於法規標準值(如下表)，這也是為甚麼會有排放水準接近燃氣的說法出現。

從上圖來看，已經更新的林口電廠相較於台中或是興達電廠的排放有相當的區別，與燃氣電廠的標準也相當接近。另外，不僅止於發電效率高以及低排放量，因為工作流體的單相特性，鍋爐在飼水部分可以快速的做調節。也因此，升降載比傳統鍋爐也可以更加快速，打破了我們對於煤電的「基載」想像，或是配合空氣污染做及時的降載調節。

至此，我們還算順利的結束了第二道關卡「燃燒」。除了上面介紹較為成熟應用的技術以外，仍有許多讓燃煤更有效率的技術正在發展中，在未來幾年能源市場仍由煤炭主導的情況下，希望能讓燃煤發電朝更環保並保有競爭力的方向進展。

但是還沒結束喔，如果燃燒完後就直接排出，造成的污染還是很可怕。所以目前有哪些技術在處理燃燒後的廢氣呢？讓我們準備一起邁向下一關：燃燒後處理（post-combustion）啦。

1. Power Technology：Lean and clean: why modern coal-fired power plants are better by design
2. 蔡孟原（2010年6月)。循環式流體化床鍋爐。科學發展月刊，450期，pp.26-32。

本文由台灣電力公司委託/廣告，泛科學企劃執行