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台灣每年大約產生600萬公噸的有機廢棄物,其中豬隻排泄物約占250萬公噸左右。由線性消費模式來看,這些是令人頭痛的垃圾,更衍生出環境與健康問題。然而,從循環再生的觀點來看,這些都是珍貴的有機資源,可以透過不同的方式,達到零廢棄、全循環的目標。
 
有鑑於此,自民國107年起,經濟部工業局展開「沼氣發電設備產業鏈推動計畫」,由工研院技術團隊執行,結合養殖、設備、電機、系統整合、能源服務等業者,針對國內沼氣發電應用各問題環節進行技術突破,由設計、設備到系統整合,解決以往沼氣發電缺乏整體思維、單一環節單打獨鬥的失敗經驗,解決養殖業困擾,同時為產業帶來再生能源的新商機。
 
110年度計畫的輔導對象,為座落在嘉義縣義竹鄉的張林素梅畜牧場二場,豬隻養殖數量約為15,000頭。該場採用高床式飼養模式,讓豬隻排泄物能自然落下,以減少使用的水量,同時在105年時投資新台幣3,000萬元,導入德國設備,建置130 kW沼氣發電裝置,但因進料濃度不足、脫硫不完善等,衍生後續設備損害、重金屬污泥處置費用等多項問題,造成維運困難。
 
圖一、「110年度沼氣發電設備產業鏈推動計畫沼氣發電場觀摩會」,於嘉義義竹的張林素梅畜牧場二場舉辦,邀請各界參訪與體驗
圖一、「110年度沼氣發電設備產業鏈推動計畫沼氣發電場觀摩會」,於嘉義義竹的張林素梅畜牧場二場舉辦,邀請各界參訪與體驗
 
在工業局支持下,由工研院與牧陽能控組成團隊,協助改善張林素梅畜牧場的問題。首先針對整場作業現況進行診斷,經評估過後,廠區的三段式廢水處理符能均合放流水標準,每日沼氣產量約300立方公尺,甲烷濃度達到71%,而硫化氫濃度則約3,000~4,000 ppmv,成為主要的問題。
 
伴隨著沼氣產出的硫化氫,具有高度腐蝕性,是沼氣發電設備的大敵。原本場內的脫硫系統,因效能不足致使設備損害,只得停止發電。經工研院材化所重新設計,導入專利的生物脫硫技術,並修正及強化既有的設備,最終完成雙槽式脫硫設備,內含特殊的多孔性生物載體,可處理高濃度的硫化氫,整體脫硫效率達到90%以上,同時設置有溫控設施,解決因冬季溫度低造成的菌種不活躍、處理效率低落等情況。
 
圖二、由工研院材化所開發的生物脫硫設備,每日可處理300立方公尺沼氣,生物脫硫效率達90%以上
圖二、工研院材化所開發的生物脫硫設備,每日可處理300立方公尺沼氣,生物脫硫效率達90%以上
 
相較於傳統脫硫設備,生物脫硫技術透過高濃度的生物載體,可長效性的維持脫硫性能,無須定期更換載體,也不會有氧化鐵、活性碳等耗材的產生。另一方面,脫硫反應後產生的硫元素,很容易堵塞生物載體,造成效能低下,材化所利用特殊設計,將硫元素氧化為容易處理的硫酸根,pH值為1.5,經回收後可成為製造硫酸的原料,沼渣則可轉換為有機肥、沼液可進行澆灌,更進一步擴大循環的範疇。
 
圖三、發電後之沼渣可製作有機肥料,沼液可澆灌,有助建立全循環型產業
圖三、發電後之沼渣可製作有機肥料,沼液可澆灌,有助建立全循環型產業
 
針對沼氣發電時因為氣量不穩定、供氣變動而造成的跳電等問題,團隊透過優化併網輸出系統進行改善,將原本的固定功率模式改為自動控制調整輸出,加設併網輸出控制模組,不但可解決因沼氣變動所造成的問題,更可提升約10%~12%的發電量。以新設的兩台50 kW機組而言,每年約可增加18萬元的售電收益,並減少約18.3公噸的二氧化碳排放,達到「增收入、減碳排」的優化目標。
 
上述的成功案例,工研院材化所日前也在張林素梅畜牧場辦理「110年沼氣發電設備產業鏈推動計畫沼氣發電場觀摩會」,邀請近百位不同領域業者至現場親身體驗,相互學習。工業局永續發展組張世宏技正表示,沼氣發電不僅是農業上使用的工具,更是工業廢水處理、循環再生的利器,工業局將持續支持相關計畫,在農工之間不分彼此,共同朝向循環經濟願景前進。
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