0

0
0

文字

分享

0
0
0

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)

生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
・2011/11/14 ・1492字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
20 篇文章 ・ 3 位粉絲
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。

0

4
0

文字

分享

0
4
0
快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
194 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

1

8
0

文字

分享

1
8
0
發電量增加 25 倍卻還是不夠用!再生能源是人類未來的救星嗎?──《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》
日出出版
・2022/07/18 ・1730字 ・閱讀時間約 3 分鐘

我們的能源從哪裡來、往哪裡去?

全球每年對能源的需求量相當巨大,若用「瓩時」──即一度電這樣的度量單位──來表示會出現天文數字,因此改用「太瓦時」(TWh)來表示,太瓦時等於 10 億瓩時。

在一八〇〇年,全球約有 10 億人口,當時對能源的需求約為 6000 太瓦時;而且幾乎全部來自傳統的生質能源。到了二〇一七年,全球人口達到 76 億,發電量增加了 25 倍(156000 太瓦時)。

在 2017 年的全球能源使用比例中,煤炭、石油和天然氣等化石燃料占了大約 80 %左右。圖/ Pixabay

下圖顯示在二〇一七年全球主要能源消耗總量的百分比,其中近 8 成為化石燃料。其他再生能源包括風能、太陽能和地熱能,其中成長最快的是風場和太陽光電場。生質能源則主要來自傳統生質能源。

2017 年的能源消耗總量,顯示出不同能源的百分占比。圖/BP Statistical Review of World Energy, 2018; World Energy Council, Bioenergy, 2016

大約有 1/3 的全球能源消耗在將化石燃料轉化為電力精煉燃料上。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

剩下的稱為最終能源需求(final energy demand),是指用戶消耗掉的能源:每年約 10 萬太瓦時。

大約有 10% 是來自開發中國家傳統生質能的熱,22% 來自電力,38% 用於供熱(主要來自化石燃料) 30% 在交通運輸。熱能和電能主要都是用於工業和建築。汽油和柴油幾乎提供了所有用於運輸的燃料。

怎麼做比較不浪費?能量轉換效率大比拚!

我們看到供熱與供電一樣重要。兩者都可以用瓩時為單位,也就是一度電來測量,雖然電可以完全轉化為熱量,例如電烤箱,但只有一小部分以熱能形式存在的能量可以轉化為電能,其他的必然會散失到周圍環境裡

在火力發電廠中,存在於化石燃料中的化學能會在燃燒後轉化為熱能。這會將水加熱,產生蒸汽,蒸汽膨脹推動渦輪的葉片,轉動發電機。只有一部分熱量被轉化成電力;其餘的熱量在蒸汽冷凝,完成循環時,就轉移到環境中,成了殘熱。

這份熱電轉化的比例可透過提升高壓蒸汽的溫度來增加,但受限於高溫下鍋爐管線的耐受度。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在一座現代化的火力發電廠中,一般熱能轉化為電能的效率約為 40%。若是在較高溫的複循環燃氣發電機組(combined cycle gas turbine,CCGT)裝置中,這個比例可提高到 60%。

同樣地,在內燃機中也只有一小部分的熱量可以轉化為車子的運動能量(動能);汽油車的一般平均效率為 25%,柴油車則是 30%,而柴油卡車和公車的效率約為 40%。

另一方面,電動馬達的效率約為 90%,因此電氣化運輸將顯著減少能源消耗。這是提高效率和再生能源之間協同作用的一個範例,這將有助於提供世界所需的能源。

火力發電沒辦法 100% 轉換熱能變成電能,約有 60% 的損失。圖/envato

再生能源的過去跟未來

在十九世紀末,水力發電的再生資源幫助啟動了電網的發展,在二〇一八年時約占全世界發電量的 16%。而在再生能源──風能、太陽能、地熱能和生質能源──的投資上,相對要晚得多,是在二十世紀的最後幾十年才開始。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

起初的成長緩慢,因為這些再生能源沒有成本競爭力還需要補貼。但隨著產量增加,成本下降,它們的貢獻開始增加。這些其他再生能源發電的占比已從二〇一〇年的 3.5% 上升到二〇一八年的 9.7%,包括水力發電在內,再生能源的總貢獻量為 26%。

不過,就全球能源的占比,而不是僅只是考慮用戶消耗的電力來看,再生能源僅占約 18%,而傳統生質能則提供約 10% 的能量。隨著太陽能和風能的成本在許多國家變得比化石燃料更便宜,它們在總發電量中的占比有望在未來幾十年顯著增加。

這世界花了很長的時間才意識到這一事實,從現在開始,再生能源勢必將成為主要的能源來源。

——本文摘自《【牛津通識課02】再生能源:尋找未來新動能》,2022 年 6 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 1
日出出版
13 篇文章 ・ 7 位粉絲

0

0
0

文字

分享

0
0
0
藻類生質燃料(一):前景與瓶頸
生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
・2012/07/30 ・2161字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 595 ・九年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

美國歐巴馬政府表態堅決投入藻類生質能源研究(圖片來源:http://0rz.tw/fgIbi)

在今年二月中旬,美國總統歐巴馬在佛羅里達大學的演講中,公開表態支持發展天然氣與藻類生質能源,並宣稱藻類燃料能取代美國 17% 的石油進口。同一天稍晚,白宮宣佈投入 1400 萬美金(約台幣四億兩千萬元)協助研發藻類生質能。這樣的政策似乎顯示了歐巴馬政府發展潔淨能源的決心,然而也引來了許多質疑。當時為共和黨總統參選候選人之一的 Gingrich 就大力抨擊發展藻類能源政策,他認為藻類能源技術仍須 30 至 50 年的時間才會成熟,對美國的能源安全緩不濟急。兩方人馬各持己見,究~竟~誰才是正確的呢?

我們生質能源趨勢在立場上當然是支持歐巴馬政府發展藻類生質能源的政策,但是在現階段也不能否認藻類生質能源仍有成本過高的問題,要到什麼時候才能看到藻類生質燃料進入我們的生活中仍須端看研究人員何時能在技術上有所突破或是國際油價上漲至藻類燃料可以競爭的時刻。

目前最大的藻類生質燃油公司 Solazyme 很有信心能夠突破技術上的瓶頸。Solazyme 在 2011 年製造了約 8000 公秉藻類燃油供應給美國海軍與空軍作為測試,化學藥品公司 Dow 也與 Solazyme 簽訂合約將在 2013 年購買 76,000 公秉藻油、2015 年購買 760,000 公秉以上藻類燃油作為航空燃油之用。也許在五年左右的時間之內,我們乘坐飛機所使用的燃料就會有部分含有藻類燃油。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在接下來這個系列文章裡,我們希望能為讀者更進一步的介紹什麼是藻類、藻類生質能源相關的研究以及目前產業發展與瓶頸。讓讀者對藻類生質能源有更清晰的概念與瞭解。

圖片來源:http://0rz.tw/1dVAg

什麼是藻類?

究竟藻類是什麼呢?簡單地說,藻類就是可以行光合作用的微生物。它的種類繁多、分佈廣泛,可以在海洋、河川甚至陸地都可以發現藻類的身影。依照生長環境可將藻類分為海水藻(海藻)或是淡水藻。而依照大小又可分為巨藻以及微藻(單胞藻)。例如生活中常見的紫菜、海帶其實都是巨藻的一種。值得一提的是,雖然藻類體型與陸生植物相比之下顯得相當微小,然而藻類卻供應了世界上超過 80% 的氧氣,要是少了這些藻類,大氣層中的二氧化碳將會提高三倍以上。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為什麼要用藻類生質燃料?

我們常說的藻類生質燃料,主要使用的藻種為單細胞微藻,因為它的構造簡單,不需發展根、莖、葉等器官,因此生長速度較快,具有高產量的優點。並且不同微藻所含有的營養成份各有不同, 可應用於多方面不同產業,例如生質燃料、食品、飼料或是萃取高價值化合物。除此之外,因光合微藻生長時需要吸收二氧化碳以及氮、磷……等化合物,近年來也開始將藻類培養視為環境控制的方式之一,例如以微藻吸收工廠或發電廠排放的二氧化碳,或是像之前提過 Algaewheel 以微藻養殖池取代傳統廢水處理廠中的除氮步驟。這些例子都一再強調了微藻養殖的潛力。大體而言,藻類生質燃料與其他生質燃料相比有以下三點優點:

1. 產量高:藻類生長速度快,產量高於其他植物
2. 不與食物競爭:不需與民爭糧、與糧爭地
3. 具經濟潛力:富含高經濟價值副產品如 DHA、EPA 等脂肪酸可作為食品添加物或化學藥品

藻類生質燃料的研究

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

事實上,微藻養殖並非新興產業,早在 1960 年代,歐洲就已經有科學家提出藻類養殖的方式,1980 年代美國能源部(DOE)開始了藻類大型計畫(Aquatic Specie Program),計畫目的著重於篩選高含油量藻種、發展開放式養殖技術以及評估花費。 1988 年在美國科羅拉多州的太陽能研究室就嘗試以直徑 20 公尺的池子培養微藻,一年生產了 4 公噸的藻體並製成 300 多公升的燃油。然而此方法所產生的燃油成本遠高於當時油價(當時原油價格約為每桶 20 美元),1996 年時當局判斷藻類燃油無法與石油競爭因此中止了計畫。然而直到近年能源危機、油價飆漲 ,於是又開始尋找合適的替代能源,藻類培養又重獲大眾重視。

目前藻類培養方法可大致分為兩類:開放式培養與密閉式光反應器 。開放式培養系統通常是利用室外水池或水道作為養殖場地,部份養殖場地在水面上會覆蓋透明帆布以隔離外來微生物污染。開放式培養池的建造費用遠比密閉式光反應器低,然而因為較難控制溫度及二氧化碳濃度等環境因子,藻體產量不及密閉式反應器。除此之外,縱使覆蓋了透明帆布,外來微生物如輪蟲仍有可能侵入養殖池,造成藻體大量減少 。與之相對,密閉式光反應器可以妥善控制環境因子,提供最佳藻類生長環境,然而昂貴的造價與操作費用,使其培養出的藻類成本居高不下,難以應用於生質燃料。而藻類生質燃料至今仍未商業化的另一困難之處為不易收穫。縱使是高濃度藻液,其固體成份僅約 1% ,這意味著仍有 99% 的水分需去除。若利用傳統加熱烘乾或是離心法除水,投入的能源消耗恐怕大於能源產出。因此開發新的養殖或收集技術是推動生質燃料產業化勢在必行之舉。

在接下來藻類生質能源介紹系列文章裡,我們將分別介紹目前產業裡不同的海藻養殖方法、各種收穫方式以及各種燃油轉化技術,分析當下遭遇的瓶頸與可能的解決方式,期待 PanSci 臥虎藏龍的讀者們能從各自的專業角度切入,提供解決方法。生質能源趨勢也有介紹部分台灣藻類研究的文章,有興趣的讀者歡迎點閱以下連結。

台灣生質能源研究組織介紹 – 前言
水產試驗所東港生技研究中心 – 蘇惠美博士
國立台灣海洋大學食品科學系 潘崇良教授
台灣電力公司的微藻碳捕捉計劃

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
20 篇文章 ・ 3 位粉絲
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。