剖析臺灣生物質能源產(chǎn)業(yè)

汪直剛　徐強

生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質，包括植物、動物和微生物。在能源領域，生物質主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質，其特點為：可再生、低污染、分布廣泛。

臺灣生物質能源產(chǎn)業(yè)概述

生物質能源是從太陽能轉化而來，通過植物的光合作用將太陽能轉化為化學能，儲存在生物質內(nèi)部的能力，與風能、太陽能等同屬可再生能源，可實現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。在傳統(tǒng)能源日漸枯竭的背景下，生物質能源是理想的替代能源，被譽為繼煤炭、石油、天然氣之外的第四大能源。

由于生物質能源中的有害物質含量很低，屬于清潔能源。同時，生物質能源的轉化過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質，生物質能源的使用過程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循環(huán)排放過程，能夠有效減少人類二氧化碳的凈排放量，降低溫室效應。

此外，生物質能源資源豐富，分布廣泛。根據(jù)世界自然基金會的預計，全球生物質能源潛在可利用量達每年350EJ（1EJ為1018焦耳，350EJ約合82.12億噸標準油，相當于2009年全球能源消耗量的73%）。利用現(xiàn)代技術可以將生物質能源轉化成可替代化石燃料的生物質成型燃料、生物質可燃氣、生物質液體燃料等。在熱轉化方面，生物質能源可以直接燃燒或經(jīng)過轉換，形成便于儲存和運輸?shù)墓腆w、氣體和液體燃料，可運用于大部分使用石油、煤炭及天然氣的工業(yè)鍋爐和窯爐中。國際自然基金會2011年2 月發(fā)布的《能源報告》認為，到2050年，將有60%的工業(yè)燃料和工業(yè)供熱都采用生物質能源。

依據(jù)臺當局發(fā)布的“再生能源發(fā)展條例”第三條第二項定義，生物質能指農(nóng)林植物、沼氣及島內(nèi)有機廢棄物直接利用或經(jīng)處理所產(chǎn)生的能源。另在第三條第一項中，島內(nèi)一般廢棄物與農(nóng)業(yè)廢棄物等直接利用或經(jīng)處理所產(chǎn)生的能源也屬再生能源。因此生物質可泛指由生物產(chǎn)生的有機物質，包括木材或林業(yè)材料（如木屑）、能源作物或農(nóng)業(yè)材料（如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣）、畜牧業(yè)廢棄物（如禽畜臟器）、生物沼氣（禽畜糞、有機廢水、下水道污泥、垃圾掩埋場等產(chǎn)生的沼氣）、工業(yè)有機廢棄物（如有機污泥、廢紙、黑液）等。

按照臺當局的產(chǎn)業(yè)分類方法，島內(nèi)生物質能源產(chǎn)業(yè)包含上游的原料，中游的生物質燃料生產(chǎn)，以及下游摻配銷售與應用。上游原料主要有動植物油脂、廢食用油、能源作物與農(nóng)林業(yè)廢棄物；中游生物質燃料生產(chǎn)則可概分為生物質酒精、生物柴油等液態(tài)燃料，生物質顆粒等固態(tài)燃料與沼氣等氣態(tài)燃料的生產(chǎn)制造，下游應用端主要分為交通運輸用燃料以及生物質熱能與電能供應的電力與燃氣供應。

由于臺灣自然資源較為匱乏，生物質能源發(fā)展主要以垃圾廢棄物、生物質材料等作為自主料源，包括都市垃圾發(fā)電、事業(yè)廢棄物與農(nóng)林材料熱電應用，以及將廢食用油轉制生物質柴油等。此外，根據(jù)國際生物質能源利用發(fā)展趨勢及島內(nèi)可再生能源發(fā)展目標與推動策略，臺當局能源管理部門近年來開始重視島內(nèi)生物質能的利用與開發(fā)，并分為“運輸用生物質燃料應用”及“定置型生物質燃料熱電應用”等兩大部分作為主要布局方向。

在運輸用生物質燃料應用方面，生物質柴油及生物質醇類（酒精）的利用是目前臺當局推動重點。其中生物質柴油應用與推動是在島內(nèi)企業(yè)成功開發(fā)生物質柴油轉脂化技術后，依循島內(nèi)料源優(yōu)先、扶植內(nèi)需市場、島內(nèi)自主供應系統(tǒng)建立等原則，循序漸進地建立臺灣生物質柴油產(chǎn)業(yè)。目前，已推動全面生物質柴油B2（即將2%的生物質柴油添加于化石柴油），使用量達每年1億升以上。在生物質醇類方面，基于現(xiàn)階段島內(nèi)尚無生物質醇類制造廠，且考慮車輛適用性等因素，故在臺北市和高雄市共有14座加油站進行生物質酒精E3（添加3%乙醇于95無鉛汽油）的示范運行，以循序漸進方式逐步建構島內(nèi)生物質醇類使用環(huán)境。

在定置型生物質燃料熱電應用方面，鑒于全球發(fā)展趨勢，島內(nèi)在生物質熱電的利用與供應方面也日顯重要，因此臺當局制定可再生能源中生物質電力（包含廢棄物及生物質能發(fā)電）的目標，規(guī)劃由目前的740.5兆瓦裝機容量（截至2013年12月）提高到2030年的950兆瓦；中長期目標則依據(jù)開發(fā)潛力、島內(nèi)經(jīng)濟及電力供應進行滾動檢討。除生物質燃料除發(fā)電外，包括汽電共生、蒸汽鍋爐、沼氣等應用在內(nèi)的熱利用也很重要。由于生物質熱電發(fā)展所需的原料來源受限于料源的類別與供應情況，因此生物質熱電利用將以島內(nèi)料源作為優(yōu)先，其次為進口；在技術應用方面，生物質發(fā)電增長則以先進燃料轉換技術（顆粒燃料或生物質煤炭）及混燒技術為主。

鑒于上述生物質能源規(guī)劃、發(fā)展與應用需求，新一代生物質燃料成為島內(nèi)相關企業(yè)和研究機構積極研發(fā)的方向，包括生物質煤炭、生物質燃料油、生物質航空油、先進生物質柴油、纖維素醇（含乙醇、丁醇）及生物產(chǎn)氫與沼氣應用等。部分研究機構、龍頭業(yè)者等已分別制定了短、中、長期規(guī)劃，以加速相關產(chǎn)業(yè)的實現(xiàn)。

臺灣生物質能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標與策略

依據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計，2010年生物質能為全球第四大能源，供應全球約10%的初級能源需求，同時也是最廣泛使用再生能源，約占世界所有再生能源利用的76%左右。其中不含運輸部門的生物質能源消費將由2012年43EJ成長到2050年的60EJ，生物質電力裝機容量將由2009年的50吉瓦增長至2050年的560吉瓦，約占全球電力供應的7.5%。在生物質運輸用油方面，將由2010年的2.5EJ（2.0%）增長至2050年的32EJ（27%），目前已有50多個國家和地區(qū)制定有運輸用生物質燃料推動政策。

臺當局也不甘落后，相繼制定了相關發(fā)展目標及策略。表1為現(xiàn)階段生物質能源發(fā)展現(xiàn)況及目標規(guī)劃表。根據(jù)臺當局能源管理部門統(tǒng)計，2013年島內(nèi)生物質能源利用的發(fā)電裝機容量共達約740.5兆瓦，而要達到2030年生物質能發(fā)電目標，需預估現(xiàn)有可規(guī)劃的生物質物（廢棄物）潛力，依據(jù)2011年臺當局環(huán)保管理部門委托中原大學與工業(yè)技術研究院統(tǒng)計資料顯示，島內(nèi)可利用料源（考慮收集率及扣除已利用）除都市垃圾及工業(yè)有機廢棄物外，尚有農(nóng)林材料（廢棄物）計達每年268萬噸。

在運輸用生物質燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，臺灣經(jīng)濟管理部門于2009年4月提出“綠色能源產(chǎn)業(yè)旭升方案”，選定太陽光電、LED光電照明、風力發(fā)電、生物質燃料、氫能與燃料電池、能源資通訊及電動車輛等7項重點產(chǎn)業(yè)，依產(chǎn)業(yè)特性及技術潛力加以扶植，同年11月開始正式實施。在此計劃中，生物質燃料產(chǎn)業(yè)系以建立島內(nèi)生物質燃料自主供應系統(tǒng)為愿景，其策略主軸為：開發(fā)低成本新料源、開發(fā)利基技術（如藻類、裂解等），及建立第二代生物質燃料示范生產(chǎn)系統(tǒng)，并輔導產(chǎn)業(yè)設置示范工廠，以達到建立臺灣標準，并逐步提高添加比例，擴大使用量的目的。并通過推動示范計劃，初期對添加生物質燃料給予補助，以利產(chǎn)業(yè)扎根與建立，而最終達到全面使用愿景。

自“再生能源發(fā)展條例”公布施行后，臺當局對于各項再生能源發(fā)電方式提出采購優(yōu)惠電價及長期收購等誘因，鼓勵企業(yè)投入再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，包括生物質能發(fā)電與廢棄物發(fā)電等，臺當局能源管理部門于2013年1月發(fā)布《沼氣發(fā)電系統(tǒng)推廣計劃補助作業(yè)要點》，結合地方部門推動多元料源沼氣發(fā)電系統(tǒng)設置與運行。為擴大執(zhí)行成效，又于2013年12月發(fā)布《推廣補助作業(yè)要點修正辦法》，放寬每年核定補助計劃2案的限制，調整為每縣市每年必須申請1個項目，以加速沼氣發(fā)電的普及。

為實現(xiàn)各項生物質能源目標及推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，臺灣科技管理部門及經(jīng)濟管理部門針對關鍵技術研發(fā)也不遺余力。在已完成的第一期“能源國家型科技計劃”中，生物質能技術研發(fā)項目包括：生物質酒精、生物質柴油（作物）、生物質柴油（藻類）、沼氣、生物質裂解油、生物質丁醇、生物質氫氣及生物質電力等8項。在2013年規(guī)劃的第二期“能源國家型科技計劃”方面，則將以生物質航空油、先進生物質柴油、氫化植物油（簡稱HVO）、先進生物質燃料（簡稱BTL）、微藻能源、纖維素酒精、纖維素丁醇及生物產(chǎn)氫/沼氣等項目作為未來能源科技研發(fā)重點領域，并積極整合島內(nèi)產(chǎn)學研各界，帶動各項生物質能示范廠及量產(chǎn)廠的建立，進而構建島內(nèi)生物質能源普遍利用環(huán)境。

根據(jù)臺當局制定的生物質能源發(fā)展目標，預計到2030年，島內(nèi)運輸用生物質燃料年使用量將達到約15億升，當年生物質能發(fā)電裝機容量預計可達950兆瓦，生物質燃料產(chǎn)值（內(nèi)需市場）達約新臺幣500億元。未來島內(nèi)生物質能源技術與應用發(fā)展將朝向發(fā)展創(chuàng)新關鍵技術、妥適利用休耕地栽種能源作物，與有效利用廢棄物為目標，以達到提高自產(chǎn)能源，強化能源供應安全與貫徹資源可持續(xù)利用等多重效益。

臺灣生物質能源主要應用領域

目前，臺灣島內(nèi)生物質能源應用主要分為以下幾個方面：

直接燃燒

主要著重于生物質專用燃燒設備的設計開發(fā)和生物質成型物的應用?，F(xiàn)已成功開發(fā)的成型技術按成型物形狀主要分為大三類，包括螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀成型物技術、活塞式擠壓制的圓柱塊狀成型技術，以及內(nèi)壓滾筒顆粒狀成型技術和設備。

生物質氣化

生物質氣化技術是將固體生物質置于氣化爐內(nèi)加熱，同時通入空氣、氧氣或水蒸氣，來產(chǎn)生品位較高的可燃氣體。它的特點是氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。生物質氣化生成的可燃氣經(jīng)過處理可用于合成、取暖、發(fā)電等不同用途，這對于生物質原料豐富的偏遠山區(qū)意義十分重大，不僅能改變他們的生活質量，而且也能夠提高用能效率，節(jié)約能源。

液體生物燃料

由生物質制成的液體燃料生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。雖然利用生物質制成液體燃料起步較早，但發(fā)展比較緩慢，由于受世界石油資源、價格、環(huán)保和全球氣候變化的影響，20世紀70年代以來，島內(nèi)企業(yè)日益重視生物燃料的發(fā)展，并取得了顯著的成效。

沼氣

沼氣是各種有機物質在隔絕空氣（還原）并且在適宜的溫度、濕度條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣的主要成分甲烷類似于天然氣，是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即可燃燒。

臺灣是世界上開發(fā)沼氣較多的地區(qū)，最初主要是農(nóng)村的戶用沼氣池，以解決秸稈焚燒和燃料供應不足的問題。此后，大中型廢水、養(yǎng)殖業(yè)污水、村鎮(zhèn)生物質廢棄物、城市垃圾沼氣的建立擴寬了沼氣的生產(chǎn)和使用范圍。自20世紀80年代以來，島內(nèi)先后建立起沼氣發(fā)酵綜合利用技術，以沼氣為紐帶，將物質多層次利用、能量合理流動的高效農(nóng)業(yè)模式，已逐漸成為農(nóng)村地區(qū)利用沼氣技術促進可持續(xù)發(fā)展的有效方法。

通過沼氣發(fā)酵綜合利用技術，沼氣用于農(nóng)戶生活用能和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工，沼液用于飼料、生物農(nóng)藥、培養(yǎng)料液的生產(chǎn)，沼渣用于肥料的生產(chǎn)，因地制宜建立的多層次利用的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，是改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生的有效措施，也是發(fā)展綠色種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的有效途徑。此外，臺灣一些企業(yè)還在開發(fā)沼氣發(fā)電技術，將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能，具有高效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點，已在一些地區(qū)獲得推廣。

生物質發(fā)電

生物質發(fā)電是將廢棄的農(nóng)林剩余物收集、加工成固化燃料商品，燃燒后轉化為電能的一種發(fā)電方式，主要包括農(nóng)林廢物發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等，既防止秸稈在田間焚燒造成的環(huán)境污染，又改變了農(nóng)村的村容村貌，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略選擇之一，目前正在越來越受到重視，得到臺當局的支持和民間的擁護。

就島內(nèi)目前生物質燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，目前仍以生物質酒精與生物質柴油等液態(tài)生物質燃料為主，廣泛應用作為交通運輸用燃油，另外生物質熱電產(chǎn)業(yè)也逐漸發(fā)展當中，而產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小的氣態(tài)燃料、固態(tài)衍生燃料與液態(tài)裂解油等，因此生物質燃料產(chǎn)業(yè)可分為三大部分，其中以生物質柴油方面最為成熟，上、中、下游產(chǎn)業(yè)鏈完整；生物質酒精的產(chǎn)業(yè)鏈缺乏上中游；而生物質熱電產(chǎn)業(yè)鏈則仍處發(fā)展中。

不過，總體而言，島內(nèi)生物質能源仍處在很不完善的境地，其產(chǎn)業(yè)化程度和發(fā)展規(guī)模都很差。其中包括：臺灣長期實行低電價政策，導致社會各界缺乏對發(fā)展生物質能的熱情，投資嚴重不足；受耕作制度的限制，農(nóng)村土地高度分散，給料源的收集儲存運輸帶來很大不利因素，企業(yè)為原料支出的成本過高，影響經(jīng)濟效益；臺當局雖采取補貼手段，但補貼門檻過高，手續(xù)繁瑣，困擾不少企業(yè)。

另外，島內(nèi)生物質能研究成果與生產(chǎn)和應用有些脫節(jié)，難以轉化為生產(chǎn)力，推向社會。一方面企業(yè)因缺少資金，無法進行規(guī)?；a(chǎn)，另一方面為了盡可能多地收回技術成本，部分企業(yè)有意拉長新技術向市場投放的周期，導致效率低下，最終難以維持。一些壟斷行業(yè)控制著部分能源的終端，也限制了中小企業(yè)的技術投入。

臺灣生物質能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2013年，臺灣整體生物質燃料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約為新臺幣31億元，較2012年略為下滑。目前臺灣經(jīng)濟管理部門正在積極構建內(nèi)需市場，規(guī)劃利用休耕地、沼氣發(fā)電、熱電應用等政策推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

生物柴油產(chǎn)業(yè)

臺灣經(jīng)濟管理部門自2006年起相繼推動“能源作物綠色公車計劃”和“綠色城鄉(xiāng)應用推廣計劃”，并于2008年7月起推動島內(nèi)車用柴油全面添加1%的生物質柴油（簡稱B1）措施，成為亞洲第一個不需補貼措施而能成功全面推動使用生物質柴油的地區(qū)。2010年6月起更進一步將生物質柴油添加比率提高至2%（簡稱B2），2013年使用量約1億升。

生物質酒精產(chǎn)業(yè)

島內(nèi)自2009年7月底起推動“臺北高雄都會區(qū)酒精汽油應用推動計劃”，以擴大示范推動范圍，在臺北、高雄兩大城市合計有14處加油站供應E3酒精汽油，主要工作委托中油公司執(zhí)行，2013年生物質酒精（E100）年使用量約236，500升。但酒精汽油因部分車輛的適用性問題，需先著重于車輛適用性的配套及自產(chǎn)生物質酒精工廠的輔導設置，但由于生物質酒精廠投資成本大，而現(xiàn)有推行計劃規(guī)模太小，廠商尚未積極投入。

生物質熱電應用產(chǎn)業(yè)

島內(nèi)也著力于生物質能的熱電應用發(fā)展，目前已有企業(yè)投入生物質物熱電應用，如臺電公司已針對火力發(fā)電廠進行混摻3%生物質料源可行性評估，中鋼公司投資設立生物質煤示范工廠；造紙業(yè)新建循環(huán)式流體化床鍋爐、氣泡式流體化床鍋爐，將固態(tài)廢棄物衍生燃料（簡稱RDF）與煤混摻為燃料，生產(chǎn)蒸汽或發(fā)電；畜牧業(yè)則于廢水處理設備后端設置沼氣發(fā)電設施。目前RDF年產(chǎn)能約14萬噸，生物質能發(fā)電裝機容量約740兆瓦。

雖然臺灣島內(nèi)生物質燃料產(chǎn)業(yè)已開始起步，并已著手投入新料源與新技術開發(fā)，但仍受市場規(guī)模、自產(chǎn)料源不足及收集清運高成本影響，如生物質柴油（廢食用油/油脂作物）雖已商業(yè)化，但料源分散、供應不穩(wěn)、成本仍高，自主料源供應不足。而非糧（微藻、纖維素及生物質物）技術驗證及商業(yè)化技術，尚待突破；酒精汽油則通過示范運行，構建產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎，但仍有全面供應酒精汽油的料源、輸儲設施與老舊機動車適用性等問題；生物質物熱電應用方面也有企業(yè)國際化與市場經(jīng)濟規(guī)模不足需補強。

為因應以上生物質能源發(fā)展限制，臺當局采取多項策略與措施以推動生物質能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由于生物質能源首重料源，故需提高島內(nèi)外料源供應，臺當局通過利用獎勵島內(nèi)休耕地種植能源作物，提高本地產(chǎn)料源供應能力，并強化廢食用油回收體系，提高生物質柴油料源供應量。另外，臺當局還著手建立農(nóng)林廢棄物（如稻桿） 收運機制，以充分采用生物質材料與廢棄物，并結合企業(yè)節(jié)能減碳計劃，以期降低成本、建立適當?shù)纳虡I(yè)模式并使應用在地化。

其次在于掌握關鍵技術與專利，如生物質醇、生物質物熱電燃料、微藻產(chǎn)油與生物質物轉換液態(tài)燃料等關鍵技術開發(fā)，臺當局通過鼓勵業(yè)界合作及新創(chuàng)公司，扶植相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以擴大料源與提升市場競爭力；另外還通過政策推動與示范運行，以業(yè)界、法人與學界能源專案計劃，鼓勵非糧料源技術開發(fā)與商業(yè)化系統(tǒng)驗證，并由相關部門結合地方當局，推動獎勵設置沼氣發(fā)電系統(tǒng)，使其兼具能源、環(huán)保與經(jīng)濟效益，塑造內(nèi)需市場與建立業(yè)產(chǎn)發(fā)展基石。

展望未來，生物質能源的開發(fā)具有能源自主、農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護與經(jīng)濟增長等綜效，島內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基礎雄厚，生產(chǎn)技術優(yōu)越，有能力種植能源作物，提供生物質能源必要的原料，但生物質燃料市場仍需仰賴臺當局政策性推動以及第二代生物質燃料技術的開發(fā)，以提供產(chǎn)業(yè)足夠的低價原料，才有機會擴充市場應用規(guī)模。目前，臺當局在各階段綠能政策中已針對生物質燃料產(chǎn)業(yè)設定發(fā)展目標，預計2030年生物質燃料占運輸用燃料10%，年使用量約15億升，通過塑造內(nèi)需市場，建立生物質物精煉產(chǎn)業(yè)及布局海外料源，以進軍國際市場，期望島內(nèi)產(chǎn)、學、研各界以掌握生物質能源關鍵技術為開發(fā)方向，結合島內(nèi)產(chǎn)業(yè)界靈活應變的特性，實現(xiàn)生物質能源發(fā)展目標。