以高週波電漿及觸媒催化程序熱處理稻稈生質廢棄物之研究

現今全球的能源供需有八成以上仰賴化石燃料,其中石油就佔了三成以上。 但由於世界石油蘊藏量日益減少,且其燃燒後所排放之二氧化碳亦為造成地球溫室效應的主因之一。 也因此為了降低石油短缺所帶來之衝擊及減緩全球溫室效應,開發新的替代性及環保可再生能源將是21世紀人類的重要課題。 而合適的替代性能源,主要在其可提供無碳排放的能源及有大規模商業化的潛力,在眾多選擇中以生質能源在臺灣具有非常大的發展潛力。 生質物(Biomass)簡稱為生質,泛指由生物產生的有機物質。 而生質能(bioenergy)則是指將生質物利用各種轉換程序(氣化、熱解、直接燃燒、厭氣分解、及發酵等)進行能源轉換,並將轉換後之能源進行發電等其他用途。

生質物及有機廢棄物屬於生質能源之一部份,適當處理以回收能源及資源是趨近零廢棄全循環目標很重要的途徑。 稻米為臺灣地區之最大糧食來源,也因此每年會產生近140萬噸的稻桿廢棄物。 而其傳統處理方式為直接戶外露天燃燒和現地掩埋兩種,但這兩種方式均會對環境造成負擔。

傳統熱轉換程序受限於加熱方式而有加熱速率及質傳效率上的限制,因此本論文利用高週波電漿之高加熱速率及能產生高能量物種之特性來克服傳統熱轉換程序中常見的氣體產物量偏低且產物中常有焦油污染之缺點。 此外文獻中指出在生質物熱轉換過程中搭配合適的觸媒能促進生質物之轉換效率、減少焦油之生成及提升目標氣體(如氫氣和甲烷)之產量。

因此本論文研究重點即為以高週波電漿為新一代加熱源來建立高週波電漿熱裂解設備,並搭配K2CO3觸媒來提升稻稈之熱轉換效率及NiO/CaO-Al2O3觸媒及Fe2O3-Cr2O3觸媒來增加產氣中氫氣與甲烷之產量,以將稻稈生質廢棄物轉換為可使用之能源及資源。 本研究除了得到高週波電漿處理稻稈之最佳操作條件、不同供給電壓時之高週波電漿熱裂解動力模式、高週波電漿設備能量平衡等結果外。 最後更依據所得到之實驗結果來發展與一套高週波電漿多階段熱裂解稻稈流程以供作為未來實際應用與商業用設計之參考。

作者:杜文凱