國立高雄科技大學 環境與安全衛生工程系 張朝欽專案助理教授、 國立臺灣大學 環境工程學研究所 于昌平教授
能源的供給為人類生存活動的必要前提，技術的革新不僅改變了人類獲取能源的方式、同時也改變了人類活動對於地球環境的影響程度。在工業革命之前，相較於使用煤做為能源燃料，生質燃料為人類活動的主要能源來源，例如：木材(供熱)、動物油脂(蠟燭照明)、草料(運輸工具馬的燃料) (Larkin et al., 2004)。工業革命之後，由於蒸汽機與各類高溫鍋爐的製造，化石燃料(煤炭)開始大量被使用，其雖然引領了社經的變革與產業經濟的高速發展，例如：都市化、機械化、工廠系統的崛起，但大量溫室氣體排放(如：二氧化碳)也伴隨著全球暖化、海平面上升、海洋酸化與極端事件等全球性氣候變遷問題。如何於經濟與社會高度發展的情況下，重新思考合適的能源利用方式與供給來源，來達到跟環境保護永續共存的發展目標，為當代人類必要面對的課題。為了降低對於化石燃料的依賴，臺灣2050淨零排放路徑除了發展可再生能源以外，在能源轉型上亦致力於建構「無碳燃料供應體系」，生質能與氫能作為其所列主要兩種目標燃料，被視為因應氣候變遷邁向永續能源供給的重要運用途徑。
生質能的來源主要有兩類，「有目的種植的作物」與「人類活動產生的廢棄物」。現行體系關注於廢棄物產製生質能源，期能將廢棄物能源化的同時達到資源循環零廢棄的目標。生質能依據其轉化的技術可分為(1)生物化學轉化(水解、發酵、消化等)；(2)熱化學轉化(燃燒、氣化、焙燒)；(3)物理/化學轉化(密緻化、油萃取、酯化、氫化等) (Pham et al., 2020; Chang et al., 2019; Chang et al., 2016)。生質能依據其產物可分為(1)固體生質燃料(生質炭)；(2)液體生質燃料(生質酒精、生質柴油)；(3)氣體生質燃料(沼氣、合成氣)。氫氣作為無碳燃料，依據產生的過程與產物主要被分為四大類型：(1)灰氫；(2)藍氫：(3)藍綠氫；(4)綠氫(下表一)。前三種為使用天然氣作為主要生產原料，相較於傳統灰氫仍會有二氧化碳副產物排放至大氣，透過二氧化碳捕捉封存(Carbon capture and storage, CCS)或者二氧化碳捕捉再利用(Carbon capture and utilization, CCU)技術能夠將副產物不溢出至大氣中、產製藍氫；相較於灰氫與藍氫需要額外添加水分子做為反應物，藍綠氫則透過高溫熱裂解直接產出氫氣與固體碳不會有二氧化碳逸散的風險。綠氫則直接使用水分子作為生產原料、與電化學技術結合能夠於產製氫氣的同時製造氧氣且不排放二氧化碳。
表一、氫氣來源與種類之比較
| 氫氣分類 | 生產原料 | 產物 |
| 灰氫 | 天然氣+水蒸氣 | →氫氣+二氧化碳 |
| 藍氫 | 天然氣+水蒸氣 | →氫氣+二氧化碳(CCS/CCU) |
| 藍綠氫 | 天然氣 | →氫氣+固態碳 |
| 綠氫 | 水 | →氫氣+氧氣 |
能源轉型為能源供給邁向永續運用的關鍵策略，除了無碳燃料技術的開發，先進的電池技術和能源儲存系統的研發有望提高能源穩定提供的可靠性，進一步推動潔淨能源的運用。同時，提高能源效率也是一項重要的策略，通過採用節能技術和智能系統，減少能源浪費，方能實現永續的能源利用。
參考文獻
- Chang, C. C., Chen, Y. H., Chang, W. R., Wu, C. H., Chen, Y. H., Chang, C. Y., … & Wang, S. G. (2019). The emissions from co-firing of biomass and torrefied biomass with coal in a chain-grate steam boiler. Journal of the Air & Waste Management Association, 69(12), 1467-1478.
- Chang, C. C., Chen, C. P., Yang, C. S., Chen, Y. H., Huang, M., Chang, C. Y., … & Yang, M. T. (2016). Conversion of waste bamboo chopsticks to bio-oil via catalytic hydrothermal liquefaction using K2CO3. Sustainable Environment Research, 26(6), 262-267.
- Larkin, S., Ramage, J. and Scurlock, J. (2004). Bioenergy. Chapter 4 in Renewable Energy – Power for a sustainable future. 2nd Ed., Oxford University Express, Glasgow, UK. Editor: Boyle, G.
- Pham, V. T., Wu, P. H., Guan, C. Y., Chang, C. C., Liu, B. L., Chang, C. Y., & Yu, C. P. (2021). Biogas production and microbial communities in the anaerobic digestion of sewage sludge under hydrothermal pretreatment with air and a catalyst. BioEnergy Research, 14, 828-843.