剖析台湾生物质能源产业

汪直刚　徐强

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，包括植物、动物和微生物。在能源领域，生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质，其特点为：可再生、低污染、分布广泛。

台湾生物质能源产业概述

生物质能源是从太阳能转化而来，通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能，储存在生物质内部的能力，与风能、太阳能等同属可再生能源，可实现能源的可持续利用。在传统能源日渐枯竭的背景下，生物质能源是理想的替代能源，被誉为继煤炭、石油、天然气之外的第四大能源。

由于生物质能源中的有害物质含量很低，属于清洁能源。同时，生物质能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能源的使用过程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循环排放过程，能够有效减少人类二氧化碳的净排放量，降低温室效应。

此外，生物质能源资源丰富，分布广泛。根据世界自然基金会的预计，全球生物质能源潜在可利用量达每年350EJ（1EJ为1018焦耳，350EJ约合82.12亿吨标准油，相当于2009年全球能源消耗量的73%）。利用现代技术可以将生物质能源转化成可替代化石燃料的生物质成型燃料、生物质可燃气、生物质液体燃料等。在热转化方面，生物质能源可以直接燃烧或经过转换，形成便于储存和运输的固体、气体和液体燃料，可运用于大部分使用石油、煤炭及天然气的工业锅炉和窑炉中。国际自然基金会2011年2 月发布的《能源报告》认为，到2050年，将有60%的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。

依据台当局发布的“再生能源发展条例”第三条第二项定义，生物质能指农林植物、沼气及岛内有机废弃物直接利用或经处理所产生的能源。另在第三条第一项中，岛内一般废弃物与农业废弃物等直接利用或经处理所产生的能源也属再生能源。因此生物质可泛指由生物产生的有机物质，包括木材或林业材料（如木屑）、能源作物或农业材料（如黄豆、玉米、稻壳、蔗渣）、畜牧业废弃物（如禽畜脏器）、生物沼气（禽畜粪、有机废水、下水道污泥、垃圾掩埋场等产生的沼气）、工业有机废弃物（如有机污泥、废纸、黑液）等。

按照台当局的产业分类方法，岛内生物质能源产业包含上游的原料，中游的生物质燃料生产，以及下游掺配销售与应用。上游原料主要有动植物油脂、废食用油、能源作物与农林业废弃物；中游生物质燃料生产则可概分为生物质酒精、生物柴油等液态燃料，生物质颗粒等固态燃料与沼气等气态燃料的生产制造，下游应用端主要分为交通运输用燃料以及生物质热能与电能供应的电力与燃气供应。

由于台湾自然资源较为匮乏，生物质能源发展主要以垃圾废弃物、生物质材料等作为自主料源，包括都市垃圾发电、事业废弃物与农林材料热电应用，以及将废食用油转制生物质柴油等。此外，根据国际生物质能源利用发展趋势及岛内可再生能源发展目标与推动策略，台当局能源管理部门近年来开始重视岛内生物质能的利用与开发，并分为“运输用生物质燃料应用”及“定置型生物质燃料热电应用”等两大部分作为主要布局方向。

在运输用生物质燃料应用方面，生物质柴油及生物质醇类（酒精）的利用是目前台当局推动重点。其中生物质柴油应用与推动是在岛内企业成功开发生物质柴油转脂化技术后，依循岛内料源优先、扶植内需市场、岛内自主供应系统建立等原则，循序渐进地建立台湾生物质柴油产业。目前，已推动全面生物质柴油B2（即将2%的生物质柴油添加于化石柴油），使用量达每年1亿升以上。在生物质醇类方面，基于现阶段岛内尚无生物质醇类制造厂，且考虑车辆适用性等因素，故在台北市和高雄市共有14座加油站进行生物质酒精E3（添加3%乙醇于95无铅汽油）的示范运行，以循序渐进方式逐步建构岛内生物质醇类使用环境。

在定置型生物质燃料热电应用方面，鉴于全球发展趋势，岛内在生物质热电的利用与供应方面也日显重要，因此台当局制定可再生能源中生物质电力（包含废弃物及生物质能发电）的目标，规划由目前的740.5兆瓦装机容量（截至2013年12月）提高到2030年的950兆瓦；中长期目标则依据开发潜力、岛内经济及电力供应进行滚动检讨。除生物质燃料除发电外，包括汽电共生、蒸汽锅炉、沼气等应用在内的热利用也很重要。由于生物质热电发展所需的原料来源受限于料源的类别与供应情况，因此生物质热电利用将以岛内料源作为优先，其次为进口；在技术应用方面，生物质发电增长则以先进燃料转换技术（颗粒燃料或生物质煤炭）及混烧技术为主。

鉴于上述生物质能源规划、发展与应用需求，新一代生物质燃料成为岛内相关企业和研究机构积极研发的方向，包括生物质煤炭、生物质燃料油、生物质航空油、先进生物质柴油、纤维素醇（含乙醇、丁醇）及生物产氢与沼气应用等。部分研究机构、龙头业者等已分别制定了短、中、长期规划，以加速相关产业的实现。

台湾生物质能源产业发展目标与策略

依据国际能源署（IEA）统计，2010年生物质能为全球第四大能源，供应全球约10%的初级能源需求，同时也是最广泛使用再生能源，约占世界所有再生能源利用的76%左右。其中不含运输部门的生物质能源消费将由2012年43EJ成长到2050年的60EJ，生物质电力装机容量将由2009年的50吉瓦增长至2050年的560吉瓦，约占全球电力供应的7.5%。在生物质运输用油方面，将由2010年的2.5EJ（2.0%）增长至2050年的32EJ（27%），目前已有50多个国家和地区制定有运输用生物质燃料推动政策。

台当局也不甘落后，相继制定了相关发展目标及策略。表1为现阶段生物质能源发展现况及目标规划表。根据台当局能源管理部门统计，2013年岛内生物质能源利用的发电装机容量共达约740.5兆瓦，而要达到2030年生物质能发电目标，需预估现有可规划的生物质物（废弃物）潜力，依据2011年台当局环保管理部门委托中原大学与工业技术研究院统计资料显示，岛内可利用料源（考虑收集率及扣除已利用）除都市垃圾及工业有机废弃物外，尚有农林材料（废弃物）计达每年268万吨。

在运输用生物质燃料产业发展方面，台湾经济管理部门于2009年4月提出“绿色能源产业旭升方案”，选定太阳光电、LED光电照明、风力发电、生物质燃料、氢能与燃料电池、能源资通讯及电动车辆等7项重点产业，依产业特性及技术潜力加以扶植，同年11月开始正式实施。在此计划中，生物质燃料产业系以建立岛内生物质燃料自主供应系统为愿景，其策略主轴为：开发低成本新料源、开发利基技术（如藻类、裂解等），及建立第二代生物质燃料示范生产系统，并辅导产业设置示范工厂，以达到建立台湾标准，并逐步提高添加比例，扩大使用量的目的。并通过推动示范计划，初期对添加生物质燃料给予补助，以利产业扎根与建立，而最终达到全面使用愿景。

自“再生能源发展条例”公布施行后，台当局对于各项再生能源发电方式提出采购优惠电价及长期收购等诱因，鼓励企业投入再生能源产业发展，包括生物质能发电与废弃物发电等，台当局能源管理部门于2013年1月发布《沼气发电系统推广计划补助作业要点》，结合地方部门推动多元料源沼气发电系统设置与运行。为扩大执行成效，又于2013年12月发布《推广补助作业要点修正办法》，放宽每年核定补助计划2案的限制，调整为每县市每年必须申请1个项目，以加速沼气发电的普及。

为实现各项生物质能源目标及推动产业发展，台湾科技管理部门及经济管理部门针对关键技术研发也不遗余力。在已完成的第一期“能源国家型科技计划”中，生物质能技术研发项目包括：生物质酒精、生物质柴油（作物）、生物质柴油（藻类）、沼气、生物质裂解油、生物质丁醇、生物质氢气及生物质电力等8项。在2013年规划的第二期“能源国家型科技计划”方面，则将以生物质航空油、先进生物质柴油、氢化植物油（简称HVO）、先进生物质燃料（简称BTL）、微藻能源、纤维素酒精、纤维素丁醇及生物产氢/沼气等项目作为未来能源科技研发重点领域，并积极整合岛内产学研各界，带动各项生物质能示范厂及量产厂的建立，进而构建岛内生物质能源普遍利用环境。

根据台当局制定的生物质能源发展目标，预计到2030年，岛内运输用生物质燃料年使用量将达到约15亿升，当年生物质能发电装机容量预计可达950兆瓦，生物质燃料产值（内需市场）达约新台币500亿元。未来岛内生物质能源技术与应用发展将朝向发展创新关键技术、妥适利用休耕地栽种能源作物，与有效利用废弃物为目标，以达到提高自产能源，强化能源供应安全与贯彻资源可持续利用等多重效益。

台湾生物质能源主要应用领域

目前，台湾岛内生物质能源应用主要分为以下几个方面：

直接燃烧

主要着重于生物质专用燃烧设备的设计开发和生物质成型物的应用。现已成功开发的成型技术按成型物形状主要分为大三类，包括螺旋挤压生产棒状成型物技术、活塞式挤压制的圆柱块状成型技术，以及内压滚筒颗粒状成型技术和设备。

生物质气化

生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，不仅能改变他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，节约能源。

液体生物燃料

由生物质制成的液体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。虽然利用生物质制成液体燃料起步较早，但发展比较缓慢，由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，岛内企业日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。

沼气

沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原）并且在适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气，是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。

台湾是世界上开发沼气较多的地区，最初主要是农村的户用沼气池，以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题。此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立扩宽了沼气的生产和使用范围。自20世纪80年代以来，岛内先后建立起沼气发酵综合利用技术，以沼气为纽带，将物质多层次利用、能量合理流动的高效农业模式，已逐渐成为农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。

通过沼气发酵综合利用技术，沼气用于农户生活用能和农副产品生产加工，沼液用于饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料的生产，因地制宜建立的多层次利用的生态农业模式，是改善农村环境卫生的有效措施，也是发展绿色种植业、养殖业的有效途径。此外，台湾一些企业还在开发沼气发电技术，将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，具有高效、节能、安全和环保等特点，已在一些地区获得推广。

生物质发电

生物质发电是将废弃的农林剩余物收集、加工成固化燃料商品，燃烧后转化为电能的一种发电方式，主要包括农林废物发电、垃圾发电和沼气发电等，既防止秸秆在田间焚烧造成的环境污染，又改变了农村的村容村貌，是实现可持续发展的能源战略选择之一，目前正在越来越受到重视，得到台当局的支持和民间的拥护。

就岛内目前生物质燃料产业发展而言，目前仍以生物质酒精与生物质柴油等液态生物质燃料为主，广泛应用作为交通运输用燃油，另外生物质热电产业也逐渐发展当中，而产业规模较小的气态燃料、固态衍生燃料与液态裂解油等，因此生物质燃料产业可分为三大部分，其中以生物质柴油方面最为成熟，上、中、下游产业链完整；生物质酒精的产业链缺乏上中游；而生物质热电产业链则仍处发展中。

不过，总体而言，岛内生物质能源仍处在很不完善的境地，其产业化程度和发展规模都很差。其中包括：台湾长期实行低电价政策，导致社会各界缺乏对发展生物质能的热情，投资严重不足；受耕作制度的限制，农村土地高度分散，给料源的收集储存运输带来很大不利因素，企业为原料支出的成本过高，影响经济效益；台当局虽采取补贴手段，但补贴门槛过高，手续繁琐，困扰不少企业。

另外，岛内生物质能研究成果与生产和应用有些脱节，难以转化为生产力，推向社会。一方面企业因缺少资金，无法进行规模化生产，另一方面为了尽可能多地收回技术成本，部分企业有意拉长新技术向市场投放的周期，导致效率低下，最终难以维持。一些垄断行业控制着部分能源的终端，也限制了中小企业的技术投入。

台湾生物质能源产业发展现状

2013年，台湾整体生物质燃料产业产值约为新台币31亿元，较2012年略为下滑。目前台湾经济管理部门正在积极构建内需市场，规划利用休耕地、沼气发电、热电应用等政策推动产业发展。

生物柴油产业

台湾经济管理部门自2006年起相继推动“能源作物绿色公车计划”和“绿色城乡应用推广计划”，并于2008年7月起推动岛内车用柴油全面添加1%的生物质柴油（简称B1）措施，成为亚洲第一个不需补贴措施而能成功全面推动使用生物质柴油的地区。2010年6月起更进一步将生物质柴油添加比率提高至2%（简称B2），2013年使用量约1亿升。

生物质酒精产业

岛内自2009年7月底起推动“台北高雄都会区酒精汽油应用推动计划”，以扩大示范推动范围，在台北、高雄两大城市合计有14处加油站供应E3酒精汽油，主要工作委托中油公司执行，2013年生物质酒精（E100）年使用量约236，500升。但酒精汽油因部分车辆的适用性问题，需先着重于车辆适用性的配套及自产生物质酒精工厂的辅导设置，但由于生物质酒精厂投资成本大，而现有推行计划规模太小，厂商尚未积极投入。

生物质热电应用产业

岛内也着力于生物质能的热电应用发展，目前已有企业投入生物质物热电应用，如台电公司已针对火力发电厂进行混掺3%生物质料源可行性评估，中钢公司投资设立生物质煤示范工厂；造纸业新建循环式流体化床锅炉、气泡式流体化床锅炉，将固态废弃物衍生燃料（简称RDF）与煤混掺为燃料，生产蒸汽或发电；畜牧业则于废水处理设备后端设置沼气发电设施。目前RDF年产能约14万吨，生物质能发电装机容量约740兆瓦。

虽然台湾岛内生物质燃料产业已开始起步，并已着手投入新料源与新技术开发，但仍受市场规模、自产料源不足及收集清运高成本影响，如生物质柴油（废食用油/油脂作物）虽已商业化，但料源分散、供应不稳、成本仍高，自主料源供应不足。而非粮（微藻、纤维素及生物质物）技术验证及商业化技术，尚待突破；酒精汽油则通过示范运行，构建产业发展基础，但仍有全面供应酒精汽油的料源、输储设施与老旧机动车适用性等问题；生物质物热电应用方面也有企业国际化与市场经济规模不足需补强。

为因应以上生物质能源发展限制，台当局采取多项策略与措施以推动生物质能源产业发展。由于生物质能源首重料源，故需提高岛内外料源供应，台当局通过利用奖励岛内休耕地种植能源作物，提高本地产料源供应能力，并强化废食用油回收体系，提高生物质柴油料源供应量。另外，台当局还着手建立农林废弃物（如稻杆） 收运机制，以充分采用生物质材料与废弃物，并结合企业节能减碳计划，以期降低成本、建立适当的商业模式并使应用在地化。

其次在于掌握关键技术与专利，如生物质醇、生物质物热电燃料、微藻产油与生物质物转换液态燃料等关键技术开发，台当局通过鼓励业界合作及新创公司，扶植相关产业发展，以扩大料源与提升市场竞争力；另外还通过政策推动与示范运行，以业界、法人与学界能源专案计划，鼓励非粮料源技术开发与商业化系统验证，并由相关部门结合地方当局，推动奖励设置沼气发电系统，使其兼具能源、环保与经济效益，塑造内需市场与建立业产发展基石。

展望未来，生物质能源的开发具有能源自主、农业发展、环境保护与经济增长等综效，岛内农业产业基础雄厚，生产技术优越，有能力种植能源作物，提供生物质能源必要的原料，但生物质燃料市场仍需仰赖台当局政策性推动以及第二代生物质燃料技术的开发，以提供产业足够的低价原料，才有机会扩充市场应用规模。目前，台当局在各阶段绿能政策中已针对生物质燃料产业设定发展目标，预计2030年生物质燃料占运输用燃料10%，年使用量约15亿升，通过塑造内需市场，建立生物质物精炼产业及布局海外料源，以进军国际市场，期望岛内产、学、研各界以掌握生物质能源关键技术为开发方向，结合岛内产业界灵活应变的特性，实现生物质能源发展目标。