生質能是全球占比最大的再生能源。（圖片來源：iStock）
相對於風力及太陽能，生質能（Bioenergy）的關注度雖然少，卻是全球占比最大的再生能源，不但能當燃料，又能提供熱能、電力，甚至能結合碳捕集技術變化眾多。常聽到的永續航空燃料（Sustainable Aviation Fuel, SAF）、固態再生燃料（Solid Recovered Fuel, SRF）、沼氣發電都屬於生質能的一種，《RECCESSARY》特別整理生質能的定義與常見應用，帶您重新認識生質能的技術潛力。
生質能為何重要？
根據國際能源總署（IEA）網站，生質能是包含取自於植物的有機原料（或稱生物質，Biomass）所產生的能源，常見如植物纖維、植物油脂等，而且生質能是全球最大再生能源來源、占比達55%，在全球能源供應方面占比超過6%。
生質能屬於低碳能源。生物質透過燃燒產生的碳排，本就是植物經光合作用吸收的碳，也就是原本就存在於大氣中，沒有產生額外的碳排，具有環境碳中和優點，因此如果能取代化石燃料，則可減少溫室氣體排放。
相較於風電及光電有間歇性的缺點，生質能面對環境變化的彈性較大，根據《RECCESSARY》研究，多數實現100%綠電使用（RE100）的企業，會搭配10%至15%穩定性較高的再生能源，其中又以生質能為大宗。
生質能國內外定義不同
生質能普遍被認為是再生能源，但國內外定義不完全相同。IEA表明，利用傳統方式產生的生質能不具永續性（unsustainable），例如直接燃燒木柴或動物糞便等，使用低效能的明火、基礎爐灶，對健康與環境造成危害，因此無助於實現淨零，並希望全球減少使用，尤其是開發中與新興國家。
相對於傳統方式產生的生質能，現代生質能（modern bioenergy）包括用甘蔗渣製成液態生質燃料、透過厭氧發酵將殘渣轉換成沼氣、木質顆粒燃料（wood pellet fuel）等。現代生質能是當前重要再生能源來源，對整體產業終端能源需求的貢獻，是風力與太陽能總和的5倍。
對比IEA，台灣對於生質能的定義較寬鬆。根據《再生能源發展條例》，生質能指的是「農林植物、沼氣及國內有機廢棄物直接利用或經處理所產生之能源」，也就是生物質沒有經過處理、直接運用而產生的能源也可被視為再生能源。
生質能分為氣態、固態、液態3類應用
對應台電的分類，直接運用（無轉換）的方式，是把原料當成生質燃料，在燃燒過程中獲得熱能、電力及動能形式的再生能源（見圖一）。
圖一、無轉換生質能應用。（圖片來源：台電）。
另一種是經過轉換程序，流程分成4大部分：原料、轉換途徑、能源載體、能源用途。除了在原料部分增加玉米、甘蔗等醣類與澱粉類作物以及微藻類與細菌外，也多了轉換途徑及能源載體，其中實線代表商業途徑，虛線代表還在發展中（見圖二）。
圖二、轉換生質能應用，流程分成4大部分：原料、轉換途徑、能源載體、能源用途。（圖片來源：台電）。
轉換途徑應用的技術包括，熱轉化（燃燒、裂解、氣化）、生物轉化（厭氧發酵）、物理轉化（破碎、造粒、分選、烘乾、榨油）、化學性轉化（萃取、酯化、轉酯化）。
能源載體方面，如同一般物質有三態，生質能也有氣體、液體、固體。台電整理國內生質能技術及應用如下：
- 氣態：透過禽畜排泄物、有機污泥、廚餘轉化成燃料，或透過廢水、掩埋場厭氧發酵產生沼氣，都可進一步用於發電。
- 液態：以生質油、廢食用油轉製成生質柴油，作為蒸氣鍋爐的低碳燃料，或成為永續航空燃料（Sustainable Aviation Fuel, SAF），另外，有國內造紙業將木片蒸解洗淨後產生的黑液（black liquor）送至回收鍋爐燃燒產生蒸氣，再經汽電共生系統產生製程使用的蒸氣及電力。
- 固態：製造木質顆粒燃料、木屑（片）燃料，以供中小型蒸氣鍋爐使用；另外，也可透過城市垃圾分類，將其可燃物的部分作為固體再生燃料（Solid Recovered Fuel, SRF），以取代鍋爐或發電廠使用的燃煤，只是該類型被批評變相鼓勵製造垃圾。
生質能助攻製造、運輸2大產業脫碳
IEA指出，「熱能」是製造業能源使用最重要的類型，而生物質可透過許多方式產生符合工業使用的熱能，例如直接燃燒、焙燒（torrefaction，一種裂解技術）、液化、氣化，這些生質燃料與目前常用的化學燃料類似，因此，原則上生物質可以滿足工業用熱的需求，研究指出，70%的工業熱能需求位於150°C以上的中高溫範圍內，而這一範圍內就有許多生質能解決方案可供使用（見圖三）。
但不同地點的生物質及所需預處理（pretreatment）的成本差異大，須考量是否具有經濟效益。像是燃料，鋼鐵、水泥等大型製造業對於熱能需求相當龐大，無法完全用生質燃料取代，除非融合碳捕集技術（Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS），才能有效減碳；而中小型製造業如食品、木業、造紙等，因為需求相對較小，就適合使用生質能。
圖三、工業能源需求中有74%屬於熱能的需求。資料來源：IEA。
其次，生質能在長途重型運輸方面占有舉足輕重的地位。尤其在氫能等其他低碳能源被廣泛運用前，生物質能部份取代化石燃料，例如液態生質燃料的體積及重量能量密度（volumetric and gravimetric energy density）與液態化石燃料相當，而氣態生質燃料經過壓縮、液化後，其能量密度也更高，足以為海運、航空及長途卡車運輸提供動力。
在航空業方面，目前多數溫室氣體減排主要來自改善飛機技術和操作，以及使用低碳強度的永續航空燃料（SAF），國際能源署指出，已經有數百架商用航班在使用最高混摻50%生物噴氣燃料（biojet fuels）在飛行，顯示其技術成熟足以在現實生活中應用。
而大型遠洋船隻使用燃燒引擎，可在不需要任何改造的情況下使用生質燃料，如生質甲烷、生質甲醇等；長途卡車的生物燃料選擇包括生物柴油（Fatty Acid Methyl Ester, FAME）、氫化植物燃料油（HVO）等，可以全部或部分混摻的方式呈現。
IEA預估2050年，生質燃料將占交通能源需求的16%，細分到船舶及航空領域則分別增至21%及45%，在電動車取代燃油引擎車的過程中，生質燃料的重心將從公路運輸轉向海運和航空，意味生質燃料有助於碳排大戶航空、海運實現脫碳。
隨著技術不斷進化，生質能的變化越來越多元，還可結合碳捕集科技，一邊提供再生能源，一邊進行碳移除，可望打開更大的市場，但其原料來自大自然，可能引發糧食、土地爭奪戰，而透過焚燒廢棄物產生能源也可能產生有毒物質，讓生質能發展增添了潛在環境挑戰。
資料來源：IEA、NREL、能源教育資源總中心、台電、智璞產業趨勢研究所、綠學院
