德國再生原料與生物能源之發展(2007/12)

德國再生原料與生物能源之發展

作者:台大農推系王俊豪 

2007/12

一、前言
所謂再生原料（Nachawachsende Rohstoffe）係指來自農林業非食用用途類的動物或植物原料（Situationsbericht 2004：50）。動物性再生原料係指非食用用途的動物性產品，包括表皮、牛脂、毛皮與羊毛等。而就植物性再生原料而言，可分為工業作物（Industrieplflanzen）與能源作物（Energiepflanzen）兩大類。前者係指植物本身內含的物質或纖維，可作為工業用途或化學加工原料者；後者則指整株作物或部分植物，可以透過燃燒、發酵或提煉等方式來產生能源者，包括熱能與電力能源，故又稱為再生能源作物。

目前世界各國為因應石油短缺的能源危機，均積極投入替代性能源的研發計畫，特別是農業再生原料與自然可更新資源（erneuerbare Naturressourcen）的推廣。再生原料與生物能源除了可取代傳統以地下開採為主的石油、瓦斯與燃煤等不可更新能源之消耗外，更能減少污染排放與降低環境負擔，其重要性可謂是與日遽增（Nachwachsende Rohstoffe, 2005）。由於再生原料作物具有二氧化碳中立性（CO2-neutral）的優點，亦即作物在生長期間內，能吸收與排放等量的CO2，故可降低溫室氣體（Treibhaus gase）的排放（Situationsbericht 2004：52），因此再生能源作物被視為可突破傳統糧食生產為主的農地利用型態，有助於維護環境敏感地區的生物多樣性與塑造不同的農耕景觀。 



再生原料作物的研發與耕種，可使農業提升為能源產業，同時也能為農業部門與鄉村地區創造生產與就業機會，德國視再生原料作物為整合能源政策、環境政策與農業政策三者的重要施政措施。本文在論述德國再生能源作物之發展時，擬區分為再生原料種類與應用範圍、生物能源產業發展，及可更新能源供應情形等三方面來加以說明。 

二、再生原料種類與應用範圍 
再生原料作物的種類，主要有穀類作物（如小麥、玉米）、澱粉類作物（如馬鈴薯）、糖類作物（如甘蔗）、油料作物（如油菜、向日葵、亞麻、澱粉類作物與糖類作物）、纖維作物、染料作物，及能源作物（如生長期較短的木材或整株作物，包括芒草、玉米或穀類作物）。上述作物的非食用用途，則可分別提煉出澱粉、糖、油菜籽油、亞麻籽油、葵花油與纖維等工業原料，或是將其進一步轉成熱能與電力的供應原料表1 。再生原料的主要應用範圍，包括下列四大領域（Situations bericht 2004：55-56）： 

(一)工業原料類：油料作物、染料作物與纖維作物等再生原料，在化工業所研發的應用產品，包括紙張、漿糊、包裝物質、染料、清潔劑、潤滑油、醫藥、油料、漆料、印刷顏料與化妝品。 


(二)燃料類：從油菜籽油提煉出甲醇，可以作為燃料使用，如生物柴油。 


(三)燃氣類：利用發酵技術，提煉出生物燃氣，如糞水或有機廚餘的發酵。 


(四)能源載體類：如直接燃燒木材或整株作物，以產生電力或熱能等，如燃燒森林廢棄木、麥桿或稻草。 


　　德國再生原料作物的發展成果，以2003年為例，再生原料作物的耕作面積達83.7萬公頃，相較於1993年的28.6萬公頃，成長約3倍。目前，德國約有8%耕地所生產的農業原料，主要用來提供工業、化學與能源部門所需要的原料。其中以油菜的67萬公頃為最大宗（休耕轉作面積約為33萬公頃、專業耕作面積34萬公頃），且成長的速度最快；澱粉與糖類作物的耕作面積，從2001到2003年均維持不變，前者為12.5萬公頃；後者則保持7千公頃；亞麻籽油的耕作面積，則呈現快速萎縮的現象，從2001年的3.2萬公頃，降低為2003年的5.4千公頃。詳見表1所示。 


　　前述之再生原料四大應用領域，依用途可分為生物性工業應用與生物性能源應用兩大類。生物性工業應用係以澱粉類為主的再生原料，包括馬鈴薯、小麥、糖與纖維素，研發出可分解生物材料。2003年德國生產的可分解生物材料約25萬噸，並預計至2007年將產量提高為42萬噸（Situationsbericht 2004：58-59），目前已應用於包裝產品、手提袋與箱類等環保製品。此外，碳氫化合物類的再生原料，則可進一步提煉成生物酒精與微生物潤滑劑（Bioschmierstoffe），如油料作物與糖類作物。目前德國每年約消耗120噸潤滑劑與加工原料，並以液態油與發動機潤滑油為主。其中，生物可分解的油料每年產量約4.5萬噸，約佔潤滑劑消費市場的4%。 


　　就生物性能源應用而言，則包括生物燃料類、生物燃氣類與生質能，尤其是後兩者，一方面可回收再利用農業廢棄殘渣；另一方面，生質能的研發與應用，被德國列為繼風力發電與水力發電之後的重點能源政策。 


三、生物能源產業發展 
　　生物能源（Bioenergie）係指以植物來生產與供應熱能與電力，而研發生物能源的目的，主要為取代地下開採的傳統能源，以降低石油、天然氣與煤礦的消耗；再者，生物能源則可填補可更新自然資源（如太陽能與風力發電）能源生產的不足，故生物能源不僅可以開發出兼具能源經濟效益與環保價值的農產加工產品，對於未來農業的轉型工程，尤深具政策意義。預估生物能源的推廣，可為德國創造出5萬個工作機會。有關生物能源的產品範圍，包括生物酒精、生物柴油、生物燃氣、生物甲醇、生物油料等生物性燃料，以及生質能（Situationsbericht 2004：51-58），茲擇要說明如後： 


(一)生物酒精（Bioethanol） 
　　生物酒精係先將甘蔗、馬鈴薯、玉米、穀類作物、糖類與澱粉類作物提煉出乙醇，再轉為燃料或是燃料添加物使用。目前歐盟內僅有法國核准生物酒精作為燃料物質使用。德國則預計於2008年底前，以免徵生物酒精燃料稅的方式，來推廣生物酒精的利用，未來將以每年10萬到15萬公升不等的方式，逐年增加生物酒精的使用量。 


(二)生物柴油（Biodiesel） 
　　生物柴油係指利用油菜籽油所提煉出的甲醇，進一步發展成柴油動力車輛所需燃料。生物柴油相較於一般柴油可大量減少煤煙、CO2、碳氫化合物與浮塵的排放量。根據Heidelberg能源與環境研究所（Institut fur Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, ifeu）的實驗結果，1公升的生物柴油，可減少202公升的CO2排放量，故每推廣1公頃的油菜田耕作面積，可減少約2.2噸的CO2排放量，或可節省1500公升石油的消耗量（Situationsbericht 2004：58）。此外，油菜生長期的CO2排放量與吸收量相等，將有助於全球氣候變遷的穩定性。 


　　生物柴油除具有兼顧生態與經濟的雙重優點，亦包括高潤滑性、低燃點、低污染性與易分解性等物理特性。其中，高潤滑性則可延長機動車輛的壽命，使汽車引擎的磨損率降低6%；而生物柴油的高辛烷含量且不含硫化物，除可提高燃料的氧化效率與可燃性，更可減少有毒物質的排放，相較於普通柴油所能排放的致癌廢氣，如多環碳氫化合物等有害物質，至少可減少一半的廢棄污染。此外，在一般土壤或水中環境，98%的生物柴油可在3週內自然分解，減輕了對環境造成的負擔。 


　　目前德國已核准約3百萬輛生物柴油轎車上路。相關的配套措施，包括在2008年底前，將採取生物燃料免徵燃料稅的鼓勵措施，以提高生物柴油的市場佔有率，預計將由2003年的0.5%（約110萬噸），預估至2005年止將成長為2%，到2010年時，估計其市佔率可提高至2.75%（Situationsbericht 2004：54、58）。同時在生物柴油的供應通路上，2003年已有1593家加油站供應生物柴油。 


(三)生物燃氣（Biogas） 
　　生物燃氣係指利用糞水或有機廚餘的發酵成果，藉以提煉出可燃的生物氣體，再進一步轉換成發電燃料，故可將傳統作為肥料用途的有機廢棄物，提升為具經濟價值的能源產品。目前德國總計有20萬座以生物燃氣為主的發電設施，其中農業生物燃氣發電廠約1900座，總發電量達250兆瓦（Megawatt）。此外，德國在可再生能源市場激勵計畫（Marktanreizprogramms Erneuerbare Energien）中，2003年的總經費為1.9億歐元，其中4360萬歐元（約佔23%）係用以補助與推廣生物燃氣的相關設施（Nachwachsende Rohstoffe- Programm zur Forderung von Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsvorhaben, 2003）。 


(四)生質能（Biomass） 
　　生質能係指以木材或整株作物作為能源載體，利用直接燃燒來產生電力或熱能，具可燃性的再生原料，包括農業廢物與殘渣、森林廢棄木、劣質木材、增生木材、生長期短的木材、樹皮、麥桿或稻草等（Verordnung uber die Erzeugung von Strom aus Biomasse, 2001）。目前德國每年的能源消耗為14300拍焦耳（Petajoule, Peta=1015），其中2.5%的能源供應係來自於生質能與生物燃氣。未來生質能的供應比例，將可提高至10%左右。進言之，每年林業與木材加工業所產出的森林廢棄木材、劣質木材與增生木材，約可提供640拍焦耳轉作為熱能與發電用途；生物燃氣每年可提供220拍焦耳，而其他能源作物的供應量為460拍焦耳，故生質能在生物能源產業的發展上，佔有重要的地位。 


四、可更新能源供應情形 
　　生態能源或稱有機能源（Oko-Energien）的範圍，涵蓋前述的生物性能源與可更新資源兩者，後者所指的是利用水力、風力、太陽能與地熱等自然資源所生產的能源產品（Gesetz fur den Vorrang Erneuerbarer Energien, 2000）。以2002年為例，德國生態能源所生產的電力，總計45000百萬瓦/小時（Megawattstuden），佔總電能供應的比例為8%，較1990年的4%成長約2倍。有關生態電能的供應結構，依序為水力發電佔53%、風力發電佔37%、生質能發電佔5%、廢棄物發電佔4%、太陽能發電佔0.2%（Situationsbericht 2004：52）。可見水力發電與風力發電為目前德國生態能源的供電主流，所佔比例合計高達90%。 


　　若單就風力能源的供應而言，2003年全德風力發電廠數量為14300座，共可發電12828兆瓦。相較於1999年的風力發電發展情形，風力供電量增加為4倍而風力發電廠則增加一倍以上。 


　　能源供應包含熱能與電能兩大類，就德國2002年可更新能源的總產量而言，總計為106800千兆瓦/小時（Gigawattstuden），其中，總發電量為450億千瓦/小時，約佔42%，亦即熱能產量佔總能源供應量的58%（Situationsbericht 2004：55），詳如表2 。 


五、結論 
　　德國近年來大力推動的再生原料政策，嘗試將傳統農業提升為能源產業，一則因預期可更新能源產業可創造13萬個就業機會，其中包含5萬個生物能源工作機會；另一則是為了配合EU-15國於2001年達成的可更新能源（Erneuerbare Energiequelle）協議（Richtlinien zur Forderung von Maβnahmen zur Nutzung ernererbarer Energien, 2003）。未來可更新能源佔歐盟能源總供應量的比重，將由2001年的6%，提高至2010年的12%；同時生態電力（Okostrom）的比例，更將由2001年的14%，提高為2010年的22%。以2002年生態電力佔歐盟總供電量的比例來說，英國、比利時與荷蘭均只有3%，而德國的成效也僅達約7%；相對的，奧地利則有相當顯著的成果高達70%。 


　　此外，德國為配合京都議定書的全球氣候變遷協議，則將CO2排放目標訂定為：至2000年將CO2排放量降低為1990年的25%，亦即必須減少約2億5400萬公噸的CO2排放。其中，透過可更新能源政策的推動，已減少約8500萬噸的CO2排放。基此，另外，德國特別於2000年頒布實施可更新能源法（Erneuerbare- Energien-Gesetz, EEG），其基本目標為提高可更新能源佔總能源供應的比例，該比例預計於2010年至12%，同時預定於2050年時，由可更新能源所電力產能，將提高為總電力供應量的50%。 


資料來源：〈摘錄自農政與農情第157期〉　　所屬地區：台灣