2007/02/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英 ▓圖片來源：Westdeutsche Zeitung
回顧過去50年的歷史，人類因過度追求科技發展與便利生活，未考慮生態平衡，而導致自然的大反撲，尤以過去的10年現象最為明顯。全球暖化已為無法挽回的事實，能源危機一觸即發，想要讓地球環境回歸無污染的狀態，在現今經濟發展的迫切需求條件下，已是幾乎不可能。各國政府除了加強宣導環保概念外，在不破壞原始景觀的原則下，努力開發綠色能源科技，增加能源來源已成為保護地球的有效解決之道。
據估計，全球人口將會在2020年由現在的60億增加為80億，因而能源的需求也勢必急速上揚，預估也將會在該年提高至30～50％。由於傳統化石燃料已不敷使用，開發諸如風力、太陽能、水力與生質能等綠色能源已成為解決全球能源短缺的唯一辦法。其中生質能發電的部分，是指使用有機物，經自然或人為化學反應後，產生能量以供應用。由於有機物來源廣泛，一般城市垃圾、農作物與動物糞便都可做為發電應用，是最廣泛的再生能源，因此也成為綠色能源重要的一環。
重視環保議題起步最早，開發綠色能源科技不餘遺力的歐盟，早在1997年其生質能發電量即已占再生能源發電的29％，而隨著歐盟推動再生能源功能日漸完備，也早已訂定生質能行動計畫書（Biogas Action Plan），全力擴展生質能發電。
以德國為例的生質能瓦斯發電，於2005年即有30億瓩╱小時的電力產生，相當於德國電力產出量的1％，可補充尖峰需求量的不足。專家指出，目前德國的生質能瓦斯裝置容量達600MW，而至2010年加倍容量為1,200MW。
本文提供以德國RWE能源公司在發展生質能上的做法，說明其中所應用的農作物與發電設備原理，及因電廠與農民之間建立有良性共識，而使發電後的廢物仍能做為農地的肥料，充分體現「取之不盡、用之不竭」的原物料再生意義，因此特別值得大家參考。
發展生質能發電的多重涵義
德國第1大能源供應商的RWE能源公司，除了原本的煤炭發電外，另也投資發展綠色能源。經過數年的推動，現在RWE旗下包括生質能在內的水力、風力、太陽能等綠色能源發電廠的發電量已達2,000MW。在未來的5年內，該能源公司將再針對綠色能源範疇增加7億歐元的投資金額。
位於萊茵河流域諾斯（Neuss）縣治內的生質能發電廠，緊臨RWE在諾依拉特（Neurath）的火力發電廠旁。該計畫為RWE與另一家以發展生質能為主要企業目標的亞伯亞得里亞公司（Alpe-Adria GmbH）的聯合投資案。RWE希望藉由該計畫，以評估未來生質能發電技術的進展，並進一步擬定生質能取代傳統能源的策略，以及定位生質能在再生能源中的角色地位。該投資案也附帶一系列的生質能瓦斯技術研發計畫，希望能進一步改進相關技術的效率與提高其商業效能。
諾依拉特生質能發電廠占地1.2公頃，設備投資金額達300萬歐元。從2007年開始，預定生產716瓩的電力，供鄰近1,600戶人家使用。另外，還有剩餘電力可供毗鄰的火力發電廠之暖氣和冷氣使用，形成良好的電力互補關係。
生質能發電廠的發電原理，主要係經由每日發酵38公噸的玉米所產生的瓦斯而來。玉米來自當地附近的農田直接進入發酵程序，與自遠地購得的玉米相較之下，已省去運輸費和倉儲成本，是RWE企業精打細算之處。
玉米為天然發電原物料
生質能瓦斯本質上是由沼氣與其他痕量氣體如二氧化碳而組成的。它的產生方式是，在密閉的空槽裡，藉由綠色植物與動物的糞便或堆肥而產生的細菌交互產生化學作用而形成，因此它是屬於再生原物料發電的範疇。
讀友可能不知道，到處可見又好吃的玉米是很好的能源作物。在生質能發電的作法上，與其他作物比較起來，同為五穀類之一的玉米是具有高能量輸出的農作物，也因為玉米容易栽種，收成也簡單，且比其他穀類來得容易發酵，而更具有發電價值。
現今一般常見的玉米品種，1公頃的玉米可在1整年內每日持續地產出2～3瓩的電力，當然品質愈好的玉米品種能產出愈大的電量，而發酵1公斤的玉米可得到300公升的沼氣，RWE表示未來可望研發出更適合發電的玉米品種。
使用來發電的再生原物料，將會依照生態平衡原則，加以研發改良並增加其種類。能夠使用愈多的再生原物料來發電，表示愈能夠減少大氣中二氧化碳的產生，而期待能達到大氣中二氧化碳含量的均衡狀態。
農業與綠色能源
該生質能發電廠另一項特色為，它所使用的再生原物料全部來自附近的農田，總數有260公頃的農地所收成的玉米，現在全部由該生質能發電廠所收購。依德國再生能源條例法中，發展再生能源兼顧保證農業永續發展的精神，電廠與當地農民代表、北萊茵州的農業聯盟以及州政府的農業局達成共識，將於往後的25年保證收購玉米和其他農作物，確保農民權益和電廠正常運作。
除此之外，該生質能發電廠也派出農業專家，在保護地力的原則下，與當地農民共同研究最佳的農作物輪流栽種方式，以及持續改善農作物品種以達最佳的發電狀態。
進入發電程序
玉米被輸送至5,000平方公尺的儲存區域，在送進發酵槽前，先以塑膠薄膜加以覆蓋，即先施行「青貯法」。之後進入發酵槽內，在槽中的氣封狀態下，細菌將農作物加上流動肥料發酵成糖、有機酸和酒精。之後，再配以其他細菌將這些物質轉化成醋酸與氫氣，而其他的微生物則負責產生瓦斯，也就是沼氣。
緊接著進行將瓦斯除濕、清潔並進一步輸送入至配有1個瓦斯馬達的封閉加熱爐內進行燃燒，這樣就可驅動發電機的耦合器進行發電。所發出來的電力將全數由區域電路進行輸送。值得注意的是，同時間該瓦斯馬達也產出700瓩的熱量，這些熱量一來可用來做為排放廢氣的能量以及冷卻水之用；二來，該熱量也有助於在冬天仍能保持發酵槽在38℃，而使細菌能順利進行化學作用；最後可將熱量移送至隔壁的火力發電廠，供做暖氣與冷氣之能源使用。
經由發酵程序後的廢物，並不是傾倒完畢了事，而是再送至附近的農田做為肥料，因此該生質能發電廠可與附近環境保持諧調，形成良性的再生原物料利用與循環。
許一個不再烏煙瘴氣的地球
事實上，諾依拉特生質能發電廠計畫是德國聯邦抑制二氧化碳排放法令下的具體實現案例，而杜塞道夫地方政府在其中也多有所協助。在以不排放二氧化碳的原則下，整個設備的設計概念以實現生態平衡與安全為第一優先。
而對企業本身而言，RWE能源公司希望藉生質能發電廠的運作，獲取更多在綠色能源開發上的經驗，並期望能做到用生質能發電來達到分散電力供應的目標，因此該生質能發電廠代表的不僅是商業實務操作而已。
需要進一步說明的是，只要瞭解先前的準備工作，再配以現代科技與創新理念，則綠色植物或其他有機物也能化腐朽為神奇，成為能源來源。而另一方面，為了要確保能源供應穩定，也必須考量再生原物料來源的整體結構是否健全，估算再生原物料所能產生的能源，以及最重要的是發電過後的再生原物料必須要能再循環使用，才能真正做到環境零污染的目標。（作者為本刊駐德國特約記者╱感謝RWE公關部門Konrad Boecker先生協助提供並解說資料，有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.bmelv.de）