Renewable Energy

微生物電力公司—從廢水生電 Microbial Fuel Cell- from Wastewater to Energy

微生物電力公司—從廢水生電 Microbial Fuel Cell- from Wastewater to Energy
國立臺灣大學環境工程學研究所 蔡成章

隨著近年來工業發展,能源的大量使用,石化燃料在未來將逐漸匱乏,並且正因為大量地使用石化燃料,使得近年來全球氣候發生重大的改變,根據政府間氣候變遷專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC )2008年的報告指出,隨著全球氣候變遷的影響,極端氣候地區的範圍將會擴大並且更加嚴重,增加部分地區水資源匱乏的壓力,故減少石化能源的使用,並找尋替代的能源成了現今努力追尋的目標。近年來,微生物燃料電池技術的發展與應用受到關注,因其同時具備兩項特點:能夠進行廢水的處理,同時還能夠產生電力。

廚餘處理之能源再利用 Turning Food Waste into Energy

廚餘處理之能源再利用 Turning Food Waste into Energy
國立臺灣大學環境工程學研究所許桓瑜

近年來,台灣積極推動垃圾減量化、資源化,根據環保署垃圾統計資料顯示,2013年全台灣垃圾產生量約為七百萬公噸,廚餘的回收量為八十萬公噸,回收率約為11%。「廚餘」包括三餐飯後剩下的飯菜、菜葉、果皮、食物殘渣等物質,台灣的廚餘回收將家戶廚餘分成兩大類,分別為「養豬廚餘」與「堆肥廚餘」,廚餘的回收減少了都市固體廢棄,也創造了廚餘的新價值,不只養豬、堆肥、還可以成為再生能源。

能將能源回收再利用有兩個主要的方法,分別為厭氧消化與廚餘焚化後能源回收。

  1. 厭氧消化
    廚餘與垃圾中有機物或下水道污泥混合,進行厭氧消化的過程中會產生甲烷,將甲烷經純化加壓後,可進行發電與能源回收的工作。沼氣利用在國內主要以禽畜糞便沼氣回收發電,已推廣多年,廢棄物厭氧發酵與沼氣利用,主要研究對象也是畜、農產廢棄物及垃圾掩埋場沼氣發電,目前已有高雄西青埔沼氣發電廠運轉。而掩埋場中沼氣的產生量主要來源就是廚餘,由此可知家庭廚餘沼氣發電回收能源,是相當有潛力的。

    p1

    資料來源:(Khoo, 2010)

破壞纖維素的剪刀手─纖維素分解酵素 (Cellulase)

破壞纖維素的剪刀手─纖維素分解酵素 (Cellulase)
國立臺灣大學環境工程學研究所研究生鍾亞萱

近年來,工商社會的快速發展與都市化,使人民生活品質跟著提升,人類過度依賴化石燃料的結果,造成石油量逐年下滑,甚至已到逐漸枯竭的地步。因此世界各國開始重視替代能源的開發及相關的因應對策,而替代的永續性再生能源包含太陽能、風能、水力發電、生質能等,其中生質能源為透過生物原料轉換而成的能源。

其中的纖維素在地球上屬可再生性且含量極豐富,被應用的層面相當廣。由工業及農業所產生的纖維廢棄物富含大量的纖維素,像是稻米收割後剩下的稻草、稻稈及伐木造紙業產生的廢棄物等。透過纖維素生產能源是目前常被討論的一項技術,纖維素分解後會產生小分子的可溶性醣類,這些小分子醣類再經過發酵反應後產生的發酵產物如氫氣、乙醇及一些揮發性脂肪酸,這些發酵產物都可作為石油的替代能源。

纖維素是由葡萄糖單體所串起之大分子多醣,其構造單元體為纖維二糖,而纖維二糖為兩個葡萄糖分子以 β-1,4-糖苷鍵連結而成。鏈狀結構中的分子間包含排列整齊的結晶區及排列不規則的非結晶區,由於結晶區結構排列整齊,阻礙水分子及酵素分子進入結構中反應,使得纖維素結構不易被破壞,因此纖維素需先被分解,才能進行後續的開發及利用。

太陽能家戶發電

太陽能家戶發電 (Solar PV system for home)
國立臺灣大學土木工程研究所金育暉

由於原油價格不斷上漲,連帶著電力價格也跟著浮動,可預期的,未來電費勢必不斷攀升,為了減緩電價浮動所帶來的影響及提倡再生能源以減緩溫室效應的進行,政府正推動家戶安裝太陽能發電系統政策,期能以太陽能取代部分電力來源,促進再生能源發展。

對於一般家庭來說,經濟考量總是大於環保觀念,那太陽能發電究竟經不經濟,透過簡單的數字可以很清楚的了解。首先須有幾個基本假設跟資料:

  1. 依據台電所提供的 102 年度平均每戶家庭每月用電量為 $$291$$ 度,為方便計算,取整數為 $$300$$ 度,一年即為 $$3600$$ 度,平均每日使用 $$10$$ 度。
  2. 太陽能發電系統是由 $$1$$ 瓩(kWp)為單位,每 $$1$$ 瓩(kWp)一天可提供的發電量約為 $$2.6$$ 至 $$3.6$$ 度不等,其主要取決於設置地點,如於台北約為 $$2.6$$ 度,在高雄可達 $$3.5$$ 度。根據假設 $$1$$,若要滿足一般家戶每日用電需求約須三個單位的太陽能發電系統。
  3. 太陽能發電系統,依據不同系統設計,每 $$1$$ 瓩(kWp)單價由 $$7$$ 萬至 $$20$$ 萬不等,平均使用年限約 $$15$$~$$20$$ 年,若僅考慮太陽能發電板本身,幾不產生後續維護費用,所以在此先行省略維護費用。
  4. 依據台電所提供台灣 102 年家庭用每度電平均售價為 $$2.86$$ (元/度),同年度鄰近國家,日本為 $$8.20$$ (元/度);菲律賓為 $$7.75$$ (元/度);新加坡為 $$6.61$$ (元/度);泰國為 $$3.42$$ (元/度);南韓為 $$3.25$$ (元/度)。

天上掉下來的能源——淺談太陽能 Recognizing solar energy development

天上掉下來的能源——淺談太陽能 Recognizing solar energy development
國立臺灣大學土木工程研究所金育暉

隨著溫室效應、氣候暖化議題不斷發酵,再生能源的需求不斷被提出,過去已發展的再生能源也隨著科技進步,逐漸追上石油能源,比如,太陽能。

太陽能並不算新技術,早在 1839 年法國物理學家 A.E.Becquerel 就已發現某些物質經過光線照射後會產生電壓,他稱之為光伏特效應(photovoltaic effect),再經過了約四十年(1883年),美國人Charles Fritts製造出了第一塊太陽能發電板,但其效率只有 $$1\%$$,無法有實際應用價值。

接著又過了約七十年(1954年),美國貝爾實驗室才研發出效率達 $$6\%$$ 的太陽能發電板,但也因其價格昂貴與效率不彰,多應用在太空設備上,為各式衛星提供穩定而持續的電力來源。進入廿一世紀,因石油危機與環境議題發酵,再加上半導體技術的進步,讓太陽能發電板的平均效率達到 $$15\%$$ 左右,太陽能發電才開始走上能源的舞台。

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