2014年1月6日

再生能源—固態廢棄物

本世紀首要工作為發展新科學,藉由重新思考及重新設計工業,減少對環境的衝擊。首當其衝的問題便是,數以億萬噸的固態廢棄物將如何處理?

作者/甘魯生(任職中研院化學所)

自工業革命以來,人類在短短三百多年間因應社會的演變,在技術上做了長足的進步,滿足了人類食、衣、住、行、醫藥及娛樂上的需求。但同時也消耗了地球上的自然資源,如礦產和化石燃料,並產生了大量廢棄物,造成了地球環境的破壞及全球溫度上升。

全球溫度上升的表象如今逐漸顯露出來,各地極冷和極熱的氣溫紀錄頻頻破表,旱災、水災、颶風、龍捲風比以往來得多,破壞也來得大。生物滅絕也比以往來得快。因此21 世紀首要工作就是要以減少對環境的衝擊為目的來發展新科學,重新思考及重新設計工業。首當其衝的問題是數以億萬噸的固態廢棄物將如何處理。

固態廢棄物的害處
據估計,全世界每年產生的固態廢棄物達12 億噸。光是找地方堆放就是大問題,堆積地點造成的髒亂也令人退避三舍(圖一)。
圖一:固態廢棄物傾倒場。( 富爾特授權)

通常有機物質經過生物無氧分解之後,產生甲烷及二氧化碳。美國廢棄物能源科技學會主席塞梅里斯(Nickolas Themelis)將紐約市固態廢棄物中十種常見之有機物,以此通則歸納分析之後導出下列之化學反應[註一]:

4 C6H10O4 + 6 H2O —( 發酵)→13 CH4 + 11 CO2

其中C6H10O4 為塞梅里斯總結出十種有機物之平均分子量。

發酵所產生之二氧化碳是生物本身的循環,所以不會增加地球上二氧化碳之總量。但甲烷(約佔發酵之54%)是溫室氣體之一,這是淨增加。生物廢棄物在固態廢棄物中約佔30~60%(其他有塑膠、金屬、玻璃等),所以每噸固態廢棄物能產生50~100 公斤之甲烷,佔人為產生溫室氣體總量之4%。

這種趨勢將隨人口的增加而更加嚴重,因此固態廢棄物除了製造髒亂,為害環境及人體健康外,最大之害處是產生溫室氣體甲烷,使全球溫度穩定上揚。

捕捉甲烷計劃
目前當急之務是如何扭轉這情形,甲烷也是有機物,可燃燒作為能源,取代其它產生能量的方法(如化石能源)。燃燒所產生之二氧化碳如上所述,不但不增加地球上二氧化碳總量,相較於其它方法所產生的二氧化碳更少,所以總合來講是減少了二氧化碳之產生;同時也節省了處理這些固態廢棄物所費之能量。比如說,若要掩埋1 噸固態廢棄物,依其成份而定能產生100~350 公斤二氧化碳。

因此,「將固態廢棄物轉變成能源」(waste-to-energy, WTE) 的想法應運而生, 得到了國際氣候改變專案小組(International Panel of Climate Change, IPCC)[ 註二]、世界經濟論壇(World Economic Forum)的認可。美國能源部更在2005 年宣稱:WTE 是可再生之能源。..........【更詳細的內容,請參閱第529期科學月刊】
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註一:Themelis, N.J., Y. H. Kim, and M. H. Brady, Energy recovery from New York City municipal solid wastes, Waste Manag.& Res., Vol. 20(3): 223-233, 2002.
註二:該組織得到2007 年諾貝爾和平獎。

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