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品牌圍城心法 巴西的生質酒精產業
指導者 / 總編輯 張蕙娟分享者 / 郭潔穎生質能源簡介
生質能源(Biomass energy/Bioenergy)
根據聯合國發展組織的定義,生質能源泛指利用有機物質或生物質所產生出的能源。以下將以表一說明生質能源和石化能源的差異性。
透過生質精煉產出的燃料及能源稱為生質能源,其中,生質酒精是藉由發酵方式將糖、澱粉轉化成酒精燃料;生質柴油是藉由轉酯化反應將萃取油料作物的油脂或回收之廢食用油轉化成生質柴油。
在各項生質能源中,生質酒精是作為運輸燃料取代汽油的良好能源。目前世界各國多以糧食作物做為生質酒精之原料,發展最為成功的是巴西的甘蔗酒精及美國的玉米酒精。巴西的甘蔗酒精將甘蔗中的糖進行微生物直接發酵,並利用大量蔗渣為燃料提供酒精蒸餾與純化所需之熱能與電力,產出生質酒精。美國的玉米酒精將玉米中的澱粉經處理轉化為糖並發酵煉製,以燃燒天然氣或煤提供所需動力,產出生質酒精。不過,由於美國玉米酒精需藉由天然氣或煤為轉化動力,故也產生了並非真正對環境友善的爭議。但僅以生質能源本身而論,無論是甘蔗或玉米,都是固碳效果良好的植物,也有益於溫室氣體減量及環境保護。
生質能源發展驅動因素
驅動一個國家發展生質能源產業的因子有很多,以下以PEST分析對政治、經濟、社會(環境)、科技等四個面相的影響因子進行詳細敘述。
1. 政治(Political)
世界各國與組織訂定相關的協議與合作方案。例如:京都議定書(各國所面臨的減碳壓力讓各國欲尋求低碳的能源)。部分國家希望能以生質能源來確保國家能源上的自主與安全,也藉由生質燃料發展來活絡當地農業。
2. 經濟(Economic)
全球化石能源蘊藏量逐漸減少,開採成本提高,造成生產成本的上升。生質能源漸具成本競爭力。
3. 社會與環境(Social)
全球環境日益惡化。 氣候異常與傳統化石能源所造成的空氣污染,讓人們轉而使用低碳的生質能源。
4. 科技(Technological)
生物科技的應用範圍從傳統的醫藥擴大到農業、工業上。技術的突破也使生質能源生產達到商業化的規模,並降低生產成本。
全球生質能源產業概況
全球初級能源供應
圖一為2008年及2009年生質能源占全球初級能源供應的比例,由圖一可知在此兩年中生質能源之比例僅次於化石能源。根據聯合國報告估計,2030年再生能源占全球初級能源供應比例將達39%,2050年提升為77%。預估至2035年,全球每年投資將達3.5兆歐元。
全球初級能源需求
表二為國際能源總署(IEA)在2007年「世界能源展望報告 ( World Energy Outlook 2007;WEO)」中對未來全球初級能源需求的基本情境預測。其中,基本情境指在其他情況不變下,各國仍沿襲目前的政策之情況;減量情境指若各國採取積極的政策措施,及增加能源使用效率或減少能源耗用之情況。
由以上數據得知,自1980年至2005年生質能源之需求逐年上升,預估2015年後需求也成上升趨勢。生質能源的需求逐年增加,且增加幅度也愈來愈大,由此也可看出世界各國努力發展生質能源的動機。
全球生質能源產業概況
在生質能源市場中,以生質液態燃料為最主要的市場,而生質液態燃料包含生質酒精及生質柴油。圖二可見2004年至2007年生質液態燃料與生質電、熱能的市場規模。其中,生質液態燃料產業之發展最為快速,2004年至2007年以年平均成長率27.8% 的速度成長。
圖三可見2007年及2012年各地區生質酒精及生質柴油之市場規模及比例。無論是2007年還是2012年,巴西生質酒精市場規模都比生質柴油多許多,且在2007年至2012年的五年間,生質酒精的市場規模也成長許多,故可得知巴西在生質能源市場上以發展生質酒精為主。
歐洲地區一直以來皆以柴油為交通運輸的主要燃料,因此在生質燃料的發展上也以生質柴油為主,生質酒精為輔。西歐地區已有越來越多的國家為了達成歐盟於2003年所設定的替代目標(於2010年前生質燃料佔交通運輸燃料5.75%),而以獎勵、補助、強制摻配等政策工具來促進其生質柴油產業的發展。
而美國為全球最大的生質酒精生產與消費國家。主要應用為運輸用燃料,因為美國運輸用燃料以汽油為主,因此生質燃料的發展以汽油摻配的生質酒精為主。
巴西生質酒精產業概況
巴西生質酒精關鍵發展歷程
以下以表三說明巴西生質酒精之發展歷程。
巴西生質酒精發展現況
圖四和圖五顯示了巴西歷年的蔗糖及生質酒精產量變化,由下圖可見自2003年後蔗糖及生質酒精產量皆呈現上升趨勢。
巴西所建構的燃料酒精產業鏈涵蓋種植甘蔗、發酵製造與蒸餾純化、生質酒精、製造燃料酒精汽車、以鐵路及公路運輸燃料酒精、設置燃料酒精供應站(加油站) 。如此龐大的產業鏈,除了政府過去積極輔導與推動外,也需要民間企業配合與長時間的累積。
巴西政府為擴大酒精燃料的生產與使用,建立了50~100億公升的戰備生質酒精儲量,供應短缺時使用。在巴西的加油站中,有混合汽油、酒精,但沒有純汽油銷售,酒精的價格也遠低於汽油,巴西國內每年消費燃料酒精110億公升左右。圖六為巴西汽車使用燃料酒精之比例。
巴西生質酒精銷售市場
2012年巴西生質酒精銷售額達480億美元,其中出口額達到150億美元(見圖七)。而巴西生質酒精外銷地區包含美國、奈及利亞、委內瑞拉、中國與德國等國家。其中,以美巴酒精貿易最多。然而,美國本身已生產玉米酒精,為何仍然需要進口生質酒精?由於美國燃料酒精需求大,自2006年,進口的數量已占總需求量的12%。而龐大的生質酒精需求帶動玉米原料價格上漲,引發農民搶種玉米,甚至造成其他穀物的排擠效應,和飼料、糧食、肉類及乳製品價格上漲,導致美國政府重新思索玉米酒精是否真能解決能源議題以及附帶的爭議,也開始積極研發新的替代能源。
巴西生質酒精之經濟效益
巴西生質酒精成功因素
巴西生質酒精產業成功因素包括政府積極推動、相關技術的持續研發以及最佳酒精製程。其中,最佳酒精製程以糖蜜及糖液為原料,透過微生物發酵直接轉化為酒精,並以大量蔗渣為燃料,提供酒精蒸餾純化的熱能與電力,為真正從原料、製造過程、及產物皆對環境友善的能源。另外,巴西生質酒精製程結合傳統製糖程序,因此,糖與酒精的產出比率,可依照末端產品價格而機動調整。當國際糖價上漲時,則調減酒精產出、提高蔗糖產量,反之亦然,以求整體最大經濟效益。表五為每單位巴西生質酒精之製造成本及其他相關數據。
未來展望
巴西生質酒精產業未來展望
由以下兩張圖(圖八、圖九)可預估未來幾年生質能源產業仍將呈現成長的趨勢,而巴西也鎖定歐洲地區及美國為外銷市場並投入大量資金於硬體設施的建設。其中,歐洲地區設立了溫室氣體減量目標,美國也將生質能源列為重要發展目標,故兩者皆有龐大的需求。
其他國家生質能源產業發展
在亞洲,中國在廣東地區以木薯與甘蔗製造生質酒精;泰國為全球甘蔗、糖蜜的重要生產國,且為全球第二大、亞洲最大的糖輸出國,原料資源豐沛,也重視生質酒精之投入發展。
在大洋洲,澳洲也有生質能源發展,其方式包括掩埋場沼氣處理發電、煤礦坑甲烷氣回收再利用發電、城市固體廢棄物能源回收氣化發電(Solid Waste and Energy Recycling Facility;SWERF)等。由此可見世界各國皆積極尋找化石的替代能源,其中也尤其重視生質能源發展。
參考資料來源
1. 綠色能源產業資訊網
2. http://bioenergytoday.net/2012/06/21/8_myths_about_biofuel/
3. http://hendrijiang.myweb.hinet.net/development.htm
4. http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/2012-04-18-05-56-23/
3484-20120921.html?limitstart=0
5. http://www.cbmi.org.cn/show_news.jsp?news_id=4280&class_code=gjdt
6. http://www.taifer.com.tw/search/047001/36.htm
7. http://energymonthly.tier.org.tw/outdatecontent.asp?ReportIssue=200207&Page=21