科技大觀園特約編輯   廖珮君


圖一：減碳世代來臨，除了要做到減碳、零碳之外還要達到負碳目標才有機會真正減緩溫室效應！（影像來源：unsplash）

受到全球暖化影響，臺灣夏季一年比一年熱，促使節能減碳議題益發受到重視，然而對於已經被嚴重破壞的地球來說，不只需要減碳、零碳，更要積極做到負碳，才能真正減緩溫室效應，讓地球有機會回歸到原來美麗的樣貌。

東海大學化學工程與材料工程學系教授張嘉修認為，生質能結合碳捕捉及儲存技術（BECCS, Bioenergy with carbon capture and storage），是達成負碳目標最有可能的方式。

目前石油、媒或天然氣在發電時所產生的二氧化碳，即便再吸回去或封存起來，也只能達到零碳效果，無法減少地球表面的二氧化碳，而 BECCS 運用焙燒植物所產生的二氧化碳來發電，再將發電時產生的二氧化碳吸回去並儲存起來，從能源產生到使用整體流程中的二氧化碳淨排放為負值，如此才能真正減少二氧化碳。

目前全球最知名的 BECCS 系統為德拉克斯發電站（Drax Power Station），其發電量佔全英國總發電量的 6%、再生能源發電量的 20%，且發電時產生的二氧化碳亦會封存起來，預計 2030 年可望達成負碳目標，成為全球第一個達到負碳的發電廠。

而臺灣亦有企業投入發展 BECCS，廠商引進相關設備，將造紙過程中所產生的廢棄木質素用於發電，打造全臺最早、規模最大的木質素生質能發電系統。為了加速推動臺灣 BECCS 發展，張嘉修率領團隊一步步建構本土負碳技術流程，串接出一套解決方針。
 

第一步：設計與建造噸級生質物焙燒系統

首先團隊以稻桿、蔗渣、落葉等農業廢棄物為主，整合生質物焙燒、廢熱發電與製冷、生成固碳化學品等多項系統，同時達到發展再生能源及節能減碳的目標。

第一步焙燒是發展生質能源的重要基礎，因為農業廢棄物經過焙燒後，可以降低氧和水的含量，進而提高能源密度、減少體積，為了提高生質能發電量，張嘉修團隊突破規模門檻，打造百公斤級生質物焙燒系統，更貼近工業應用需求。
 

第二步：廢熱發電或製冷，供低碳園區使用

第二步則是將焙燒過後的農業廢棄物進行氣化（gasification），同樣運用團隊自行研發的雙流體化床（DFB, dual fluidized bed）氣化爐，催化農業廢棄物轉換成氣體。「與傳統氣化爐相比，雙流體化床的設計不只可提高效率、降低能耗與污染物的排放，」張嘉修說。

接下來再將農業廢棄物氣化後產生的氫氣和一氧化碳，通過管路導引至鍋爐進行燃燒，而燃燒時產生的廢熱則有二個用途，一是經由穿臨界有機朗肯循環（TRC, transcritical organic Rankine cycle）發電系統，將廢熱轉為電能，二是導入至吸收式冷凍機內轉換成冰水，用於製冷，無論發電或製冷，皆可提供低碳園區等相關場域使用。
 

第三步：產生固碳化學原料

第三步將發電或製冷時產生的一氧化碳及二氧化碳，轉成丁醇、琥珀酸、乳酸等生物化學原料（bio-based chemicals）。張嘉修說明，一氧化碳藉由微生物發酵、二氧化碳則透過藻類行光合作用，產生含有油和醣類的藻類生質體，油可用來發電，醣類則可做為發酵原料，催化出固碳化學原料。

張嘉修進一步指出，目前化學原料大多使用化石燃料，經過高溫高壓處理及添加催化劑後而生成，此種方式不只原料不環保，製程上也相當不環保，能耗及排碳量都很高，而生物製程的好處是低能耗低碳排，因為是在常溫常壓下進行，不會消耗更多的能源，自然也不會排出過多的二氧化碳。

目前，張嘉修團隊已和業界合作，將上述三套流程串接一套完整設備，同時也和雲林縣政府接洽中，希望能協助政府成立大型處理中心，集中處理農業廢棄物，用此設備將農業廢棄物轉成生質能，打造高效率的節能發電系統。

「未來，我們將持續精進系統功能，例如提高整體發電量，或推動更多場域導入此系統，希望能加速推動臺灣走向負碳目標，」張嘉修充滿期待的說。

資料來源

• 採訪東海大學化學工程與材料工程學系張嘉修教授

本文轉載自科技大觀園，連結如下：
https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=17bd19eb-9ba0-4b19-a2ab-95f8fb9d530a