所以,什麼是生質能源? - PanSci 泛科學
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圖片來源過去一段時間我們專文介紹了合成氣、沼氣、廢棄物衍生燃料、生質酒精、生質柴油…等,所謂生質能源指的就是「由生物質(biomass)轉換而生的能源」。
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環境生態
能源動力
所以,什麼是生質能源?
生質能源趨勢BioEnergyToday
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過去一段時間我們專文介紹了合成氣、沼氣、廢棄物衍生燃料、生質酒精、生質柴油…等,所謂生質能源指的就是「由生物質(biomass)轉換而生的能源」。
生質能源最大的價值在於「循環」,例如利用植物行光合作用將空氣中的二氧化碳固定下來後,透過各種方法轉化為生質燃料,然後在利用燃料的過程中又將二氧化碳釋放回空氣中;透過這樣的循環,能避免釋放額外的二氧化碳到空氣中,所以不會加重溫室效應。
除了二氧化碳循環之外,生質能源的範疇也包含了各種廢棄物的循環利用,像是回收廢食用油轉化為生質柴油、利用廢水養殖微藻並生產各式燃料、將固態廢棄物製成燃料碇…,可以將廢棄物處理與能源生產結合。
在世界人口不斷增長、各項資源逐漸匱乏的情況下,「循環利用」的概念會越來越受到重視,而這也是生質能源無法被其他再生能源取代的原因。
圖片來源
「生質能源能夠完全取代石化能源嗎?」常有人如是問。
我們BET作者群認為「不可能」。
乍看之下我們似乎自相矛盾,既認同它做為替代能源的潛力,卻又不相信它能夠完全取代石化能源。
其實不然,關鍵在於它不會是減少石化能源使用的唯一作為,要降低石化能源的倚賴程度,可以運用的有生質能源、核能、風力、太陽能…等,可是從前述選項單獨挑一項出來,沒有哪一個可以完全「取代」石化能源。
石化能源減量的策略,是由各種新的技術多管齊下取代既有的石化能源用途,諸如:發電、運輸…等,因此將有更多的石油可用於其「現階段難以被取代」的應用(例如提煉成塑膠製品),藉以逐漸延長石油耗竭的年限。
而科學家們期待,在石油耗竭之前,那些曾一度被認為難以被取代的應用,終將獲得解決方案。
事實上,就經濟學的觀點而言,石油永遠不會有耗竭的一天,因為石油的開採策略簡言之是由陸地朝向海洋,由地表前進地底,開採成本必定越來越高,終有一天石油的所有應用都會貴到讓使用者不再選擇它。
而在這一天來臨之前,我們認為生質能源將會成為最重要的能源選項之一。
這一系列專文是我們BET作者群為PanSci讀者們特別改寫舊作而成,希望照顧到沒有相關背景的讀者們,我們原載於〈BioEnergyToday生質能源趨勢〉的系列專文〈生質能源概論〉共8篇,其長度較長、討論也較深,有興趣的讀者可以前往我們的部落格延伸閱讀。
之後我們也將持續在PanSci介紹相關的主題,期待讓更多讀者對於生質能源有宏觀的認識,希望各位繼續支持並不吝指教,任何意見都歡迎直接於PanSci與BET和我們討論,或是寄到我們團隊的信箱[email protected],我們非常期待與各位交流,謝謝。
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脂肪肝吃什么药
2012/02/19
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哈哈,,,还不错哦。
文章,,,让我学习了。
。
生質能源趨勢BioEnergyToday
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三個大學同學在畢業後各自步上不同的旅程,卻對於生質能源有著相同的興趣與期待,因此希望藉由寫作整理所知所學,並與全世界分享與討論。
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國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!
本文由家樂福食物轉型計畫委託,泛科學企劃執行。
文/陳彥諺
《烘焙東西軍》熱映開播啦!這一集真的很「熱」,因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤!麵!包!
第一位華麗登場的,是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」,另外一位古意老實、動作慢條斯理的,則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決!
《烘焙東西軍》這次邀請了「有添加師傅」和「無添加師傅」來烤麵包。
圖/家樂福提供
「有添加」與「無添加」的世紀大對決
外表亮麗的有添加師傅,其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。
所謂的三好,是好快、好吃、好美!為何會這麼說呢?
食品添加物存在於食品中許久,早期因為食物加工技術不夠精良,為了食品安全無虞,便添加可以讓食物安定的添加物,延長保存期限。
又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等,因此,長期以來受到業者及消費者的偏愛。
有添加師傅憑著「好快、好吃、好美」稱霸市場多年。
圖/家樂福提供
不過,近來由於食安事件頻繁,食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷,在追求好吃、好快、好美的背後,卻可能造成身體上的負擔與健康風險!製造過程是否安全合理?乾淨衛生?也是打了許多問號。
再加上現在因健康養生的意識抬頭,消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份,開始努力追求簡單無添加。
也因為隨著食品加工技術越來越棒,能夠透過改善製程,有效減少添加物的必要性。
終於,在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下,古意老實、耗費工時的無添加師傅,多年以後,開始受到矚目啦!
在這場世紀對決中,有添加師傅在民眾都還來不及反應時,就已經做好了熱騰騰的麵包,每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁,簡直是施了魔法一樣!但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包,難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎?
反觀無添加師傅,他按部就班的從麵粉開始精心挑選,接著再逐一加入可以溯源的材料,接下來,順應麵包的特性自然發酵。
即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了,無添加師傅仍然不為所動,他循序漸進,寧可耗時製作,堅持做自己的無添加麵包。
無添加師傅之所以堅持,那是因為他秉持著麵包不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法,做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃,更重要的是每一口都吃的健康又安心!
無添加師傅堅持不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統工法。
圖/家樂福提供
當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯
有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮,無添加師傅的則是外表非常質樸。
不過,當評審們吃下麵包後,外表質樸的無添加師傅,竟然擄獲了評審們的心!
怎麼辦到的呢?這是因為花了較多時間製作的無添加麵包,保濕度較佳,口感也較有層次。
當評審一口接著一口品嚐,會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊!他不同於外表上看起來質樸敦厚,只要用心切開,裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果,是誠心誠意的美味。
烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是怎麼來的?
堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是來自於家樂福自製的烘焙產品。
長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福,2014年就開始著手了「無添加驗證計畫」,也在2019年取得了「A.A.無添加驗證標章」,更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序,取得了嚴謹認可。
要打造寶藏男孩般的「裸麵包」,並不是容易的事。
許多標榜安心安全的麵包,都只能做到製程及配料上的無添加;而追求極致的家樂福,自製白吐司則從特製100%的無添加麵粉開始,掌握源頭,做最純淨、最真實且赤裸的麵包。
這是一款依循歐盟規範,取得A.A.無添加標章,第三方驗證後可信賴的麵包。
這是關注在地的暖心麵包,嚴選在地好食材、講求動物福利,選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。
這是減塑又減廢,以醜蔬果製作配料,減少食材浪費,更導入環保包材,友善環境的麵包。
烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決,我們看到了,天公疼憨人,穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程,受到消費者的青睞——這一場對決,由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包,「無添加師傅」獲勝。
【家樂福食物轉型計畫】烘焙東西軍「有添加麵包」v.s.「無添加麵包」的世紀對決,今天你選哪一邊?影/YouTube
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電網:將電力輸送到各地的網路系統
在十九世紀,電力是在靠近電力需求的地方生產的,但到了二十世紀,規模經濟催生出集中式發電廠、長距離傳輸線和地方的變電站。
現在,世界上大多數國家的電力都是透過電網來提供。
電網,就是用來傳輸電力的網路,像是電廠、變電廠、配電系統等等,都是電網的一環。
圖/Pixabay
這套系統是為了滿足供電需求──最低需求稱為基本負載(baseload)──所設計的,由最便宜的發電機來滿足。
直到最近,發電方式通常是以燃煤為主(也有國家是以核電或水力發電為主),而且大部分的時間都在運作。
會搭配其他發電廠(通常是循環燃氣渦輪發電機)來支援,以滿足每天的負載量變化,也會有可快速運作的小型燃氣渦輪或柴油發電機來應對激增的需求或是發電廠停擺等故障問題。
發電廠和變電站間的輸配電系統很重要,這可確保即使有單一線路或發電廠出現問題,仍舊能夠維持電力供應。
電網有辦法將電力輸送到偏遠社區,也能獲得偏遠地區的發電。
再生能源進場後,該如何和傳統電廠互相配合?
現在,太陽光電場和風場在許多電網上提供的電力占比日益升高,這正在改變對發電廠的要求。
在一般情況下,一天之中混合使用再生能源和傳統發電廠的發電方式最為經濟,而不是完全使用大型的傳統發電機。
風場和太陽光電場容易受到天氣的影響,現階段該如何讓再生能源電場與一般傳統電廠配合,也是能源議題中的一大考驗。
圖/Pixabay
除了提供潔淨的電力外,風場和太陽光電場的營運成本最低──這稱為邊際成本(marginalcosts)──因為它們沒有燃料成本,並且會首先調用。
為了讓風場和太陽光電場達到最大使用效能,最好是搭配能夠因應電力供需變化而快速反應的其他發電廠;而且理想上,這些電廠的運作也應該符合經濟效應,運作時消耗的用電量僅占其最大負載量的一小部分。
一般來說,燃煤電廠和核電廠的數量並不會有快速的增減,而燃氣和再生能源電廠則是更好的選項。
根據地點的不同,水力發電、生質能、地熱和聚光太陽能(搭配蓄熱儲能)都可以擔任靈活發電的功能。
化石燃料發電廠可以儲存燃料並因應需求來提供電力。
風場和太陽光電場與這些可以隨時供電──稱為可調度或固定供應──的發電廠不同,這兩者的運作都取決於天氣這項變數。
運用AI技術,擺脫「天氣」這個天生弱點!
儘管有時會出現風力弱和陰天的日子,然而,與一些人想像的剛好相反,擁有大量風力發電和太陽光電的電網其實能夠在需要時提供電力。
透過人工智慧(artificialintelligence,AI)來獲取良好的天氣預報,太陽光電場和風場的輸出變化通常是可以預期的,因此可得到最佳結果。
透過人工智慧的協助,可以更有效的運用電力。
圖/EnvatoElements
當再生能源供應達到總電力需求的30%時,這些變化可以輕易透過裝配在電網上的快速反應發電廠來填補,以滿足供電需求的變化。
當一處1000兆瓦的大型發電廠意外跳電(可能是設備故障或過載),處理起來可能遠比風力發電或太陽光電的電力突然下降更具挑戰性。
備用儲電站必須迅速上線,而風場和太陽光電場若是尚未達到滿載,還可以在有風和晴天的天氣迅速提高其發電量,提供額外的寶貴備用電。
再生能源成為主要來源後,怎麼讓電供保持穩定?
為了提供潔淨、安全和價格低廉的電力,並且在本世紀中葉大幅減少碳排放,避免氣候變遷演變到危及生靈的程度,全球的供電必須以再生能源為主。
透過增加再生能源的輸出、地理分布以及與其他電網的連結,再生能源的供電占比將可望提高到電網的50%左右。
在一定程度上,增加這類綠電的發電能力可以彌補天氣條件惡劣的情況,而連接大範圍的太陽光電場和風場則可以提供更平穩可靠的電力。
在歐洲,丹麥已經與挪威、瑞典或德國等國進行電力交易,以此來平衡電力供需:在他們自己的風力發電量高時出口電力,而在發電量低時則進口電力。
然而,建立洲際再生電網並非易事。
過去曾經有一項DESERTEC(沙漠科技基金會)的提案,計畫要將北非的太陽能傳送到歐洲,但由於政治不穩定,再加上不同地區和國家對規畫中的電網各有所圖,產生相互衝突的反對意見,因此難以具體實現提案。
增加太陽能板的面積、建立跨國、洲際再生電網,都是維持電力供應穩定的做法。
圖/Pixabay
此外,由於太陽能板的成本急劇下降,因此日照多的優勢變得不那麼重要,因為可以靠增加太陽能板的大小來彌補日照少的缺憾,這比支付長距離傳輸費用更為經濟。
能夠在地方發電也等於是提供了一份供電的安全保障,不必依賴化石燃料進口。
然而,廣泛架設的電網確實對於供需平衡有極大的幫助。
若是能配合供電來調整電力需求,就可降低對儲能廠的需求──這稱為「需量反應(demandresponse)」──或許可成為一個更便宜的選項,因為那些用來支援電力尖峰的快速反應發電廠的運作成本最高。
智慧電網:更聰明、更彈性的調整電力供應!
使用智慧電網可以讓電網營運商和用戶間進行雙向溝通,調整電力負載量,使其與供電端相等,這樣就能確定出需要從電網中取用的的需求量,或是添加量。
出現短時間停電或減少電力供應時,許多運作仍有可能繼續維持,好比那些具有熱慣性的操作──像是保持鐵或瀝青、熔融物或超市冰箱冷藏食物的溫度;或是建築物的溫度調節──或是在將零件組裝成產品前,先製造出充足的零件備量。
智慧電網最重要的就是雙向的溝通來進行調整。
圖/EnvatoElements
同樣地,可以透過啟動電爐、大型電解槽或海水淡化廠(以幫助應對氣候變遷造成的乾旱)來增加需求量。
在數位化科技的推動下,我們正處於智慧電網革命的開端,這將會對電力負載量造成重大變化,將會讓邁向再生能源的這段過渡期更為容易,並且為客戶帶來更低的成本。
另外,可以用價格差異來鼓勵客戶改變他們的電力需求。
在義大利,有推行一個簡單的計畫,是以固定費用(取決於所使用的最大功率)和每度電的價格來回收發電廠的資本和配電成本以及發電成本。
以限制電力需求的方式(讓消費端的電價變得更便宜),白天必須間隔使用電熱水壺、洗衣機和烤箱等電器;如果一次全部使用,就會跳電。
這樣便可降低發電成本中最高的尖峰用電。
而在離峰期(例如夜間)提供便宜電價也是一種方式。
不過要達到有效調整,需要同時使用智慧電網和智慧電錶。
這樣用戶端可以看到他們的消費細節,並選擇僅在低電價或優惠價格時段才使用某些電器設備。
儲能設備對於提高再生能源的發電占比非常有幫助。
以太陽光電場和風場這樣的組合來供應夜間用電,往往會有白天過度生產,導致電價下跌的情況。
若是沒有儲能設備,必須盡可能出口過剩電力,或是以減少供電來降低損失。
短期儲能可以將部分電力從下午轉移到晚上,因此小容量即可以滿足日常需求。
隨著電池成本的急劇下降,這種儲能的可用性變得越來越高,而且也開始取代那些用來補強綠電不足時的快速反應化石燃料電廠。
——本文摘自《【牛津通識課02】再生能源:尋找未來新動能》,2022年6月,日出出版,未經同意請勿轉載。
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碳捕捉:把電廠排出來的二氧化碳再抓回去!
一九九〇年代,尚未開發出風能和太陽能,當時對氣候變遷的擔憂日益增加,因此有人建議捕捉和儲存那些從化石燃料發電廠排放出來的二氧化碳,如此就可將其轉變成一種低碳電力。
碳捕捉主要是透過化學反應將煙道氣(fluegas)中的二氧化碳分離出來,然後再將其壓縮液化,泵入地下洞穴,例如含水層或是廢棄的油氣田。
同時要針對傳統的發電機開收排放二氧化碳的費用。
這將鼓勵電廠採用碳捕捉技術,不過前提是碳價要夠高,超過捕捉和封存二氧化碳的成本。
然而,即使在龐大的歐盟市場,碳的價格也從未高到足以讓碳捕捉在電力生產中具有競爭力,而且真正在運作的碳捕捉工廠很少。
碳捕捉將煙道氣(fluegas)中的二氧化碳分離出來,然後再加工處理。
圖/Envato
即使如此,捕捉二氧化碳排放依舊可望成為一種脫碳方法,在未來某些產能製程中合乎成本效益。
一個例子是將天然氣轉化為氫氣,這還能用於加熱和製造燃料電池,或用於生產水泥以及甲醇和氨等重要工業化學品。
碳捕捉的各種可行性:直接從空氣抓?多種一點樹?
也有人認真思考過直接從空氣中捕捉二氧化碳的可行性,因為目前我們所面對的現實非常危險,即二氧化碳排放量下降的速度恐怕來不及讓上升溫度控制在攝氏1.5度內。
種植更多的樹木可能是最簡單也最便宜的方法,但首先必須遏止每年大量的伐林問題。
每年約有一千萬公頃的森林遭到砍伐,用於種植大豆、棕櫚油和其他作物,以及放牧牲畜。
這樣的伐林導致全球每年約10%的二氧化碳排放量和生物多樣性的重大損失。
目前二氧化碳排放量下降的速度沒辦法使上升的溫度控制在1.5°C內,再加上樹木被大量的砍伐,導致全球每年約10%的二氧化碳排放量和生物多樣性的重大損失。
圖/Envato
此外,封存大量二氧化碳所需的樹林面積也相當大──約要美國國土面積的四分之一,需要超過六年,甚至幾十年的時間才能讓樹木長到成熟,每年只能吸收平均全球燃燒化石燃料的10%排放量。
而在成長期過後,還需要更換樹木,因為在建築中也會使用到木材。
有人建議,可以燃燒林業的廢棄物來產生能量(熱或電),並捕捉和封存排放出來的二氧化碳。
這種生質能源的碳捕捉尚有爭議,必須要確保改變土地利用的這項變動最後的結果是產生淨負排放,而不是增加碳的排放量。
此外,這種方法尚在開發中,可能會與其他對可耕地和淡水的需求產生競爭關係。
多種樹,真的可以救地球嗎?事情可沒有我們想的那麼簡單!圖/Pixabay
不過,可以使用化學吸收器直接從空氣中捕捉二氧化碳,這種方法比生質能源更緻密、更可靠,只是目前的價格較為昂貴。
奧利金能源公司(OrigenPower)正在開發將碳捕捉與具有商業價值的石灰生產相結合,這樣的製程可望降低成本。
吸碳新創公司「CarbonEngineering」也在開發另一種方法,是使用與二氧化碳接觸會形成碳酸鈣的氫氧化鉀。
整個過程以石灰來合成氫氧化鉀,形成碳酸鈣,然後將其加熱,釋放出二氧化碳,進行壓縮和封存──這時便會再度合成石灰。
他們預估,以這種方式捕捉二氧化碳的成本可望降低至每噸100美元。
碳捕捉的展望與未來
為了增加產值,可以將捕捉來的二氧化碳與氫結合(比方說以再生電力來電解水,製造出氫氣),這可用來合成低碳燃料,取代汽油、柴油或航空燃料,這樣一來,其總排放量會遠低於某些生質燃料。
若是要捕捉和封存燃煤發電廠排放的二氧化碳,電力成本會增加約60%,而使用再生能源來發電,成本則低得多。
然而,隨著空氣碳捕捉的研發和大量投資,再加上在某些工業製程中捕捉二氧化碳,以及重新造林,預估到二〇五〇年時,碳捕捉可能會吸收掉全球年排放量的10%。
到二〇五〇年,再生能源和核能的總發電量可能接近當前全球需求量的90%,透過碳捕捉,全世界可能會達到二氧化碳淨零排放。
但要處理大量再生電力,電網在輸送和分配上需要適應風場和太陽光電場輸出量的種種變數,因此發展儲能設備非常重要。
——本文摘自《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》,2022年6月,日出出版,未經同意請勿轉載。
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