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2020年06月12日
臺灣大學動物科學技術學系副教授 蘇忠楨

目前國內的畜牧廢水（糞尿與沖洗水）採三段式廢水處理系統（如圖一所示），分別為固液分離、厭氧消化及活性污泥處理。在第一階段中，為符合環保署放流水標準，會經過兩次固液分離，以減少廢水中的有機物質。分離後的液體廢水會進入第二階段，廢水中的微生物於厭氧槽中經過水解、酸化、醋酸化，及甲烷化等作用，即會產生沼氣。沼氣中再生能源的主要成份為甲烷，除發電外亦可直接作為燃料使用，厭氧消化後剩餘的消化液（沼液）則可作為肥料。第三階段則是活性污泥處理，放流水會經過曝氣與沉澱等過程，符合放流水標準後再放流至地面水體中。

圖一、國內符合環保署放流水標準之廢水處理設施模式

在此種處理模式下，沼氣發電的效益較低。一方面起因於在厭氧消化前已分離大部分的固形物，廢水中的有機物質較少；另一方面則是由於動物糞便中的碳氮比較低，在僅以豬糞尿廢水（單一料源）進行厭氧消化之情況下，沼氣產氣量較少，使得發電機的產電量也相對較少。加上國內在評估沼氣經濟效率時，多僅評估發電效益，未回收發電機排氣廢熱再利用，使得整體沼氣的發電效率僅約20~25%左右。由於無法獲取回收利用發電機排氣廢熱所增加之能源效益，故較難於短時間內達到財務上之損益平衡或甚至獲利。建議國內豬場之豬舍應逐漸修改為高床式豬舍，減少沖洗水量以提升廢水中有機質濃度。

反觀歐盟國家，例如德國、丹麥的沼氣生產設施模式（如圖二所示），由於歐盟國家將豬隻糞泥（slurry）視為生產再生能源的資源，因此糞泥會先經過水解、酸化及厭氧消化後，再將厭氧消化物（digestate）進行固液分離，分離後之液體稱為沼液（digestate liquid），固形物則稱為沼渣（digestate fiber）。若是進行厭氧共消化（anaerobic co-digestion），則會混入經過處理之稻穀、木屑等農業廢棄物。沼液可以透過申請後澆灌於農田充當液肥；沼渣委託集中式堆肥場，製成有機肥再回歸農地。

圖二、歐盟國家畜牧沼氣生產設施模式

此外，歐盟國家通常將廢熱回收應用於鍋爐加熱，除再次透過蒸汽渦輪發電外，也可透過販售熱水與蒸汽，來增加沼氣發電之附加收益，因此歐盟國家沼氣發電之總效率，包含綜合發電效率與能源效率約可達85%。若將此概念套用於國內的廢熱能源回收再利用，則可利用廢熱加熱鍋爐所產生之熱水，冬季時配合安裝於豬舍地面下之熱水保溫管線，提供仔豬與豬隻冬季保溫；夏季時則可利用熱水啟動吸收式製冷設備，將製造之冷水提供豬舍之水簾降溫系統使用，期望能提升水簾降溫效率。

整體來看，現今國內畜牧糞尿資源化在實務上仍有一些實務面之問題必須克服。主要因素包括：

1. 國內從事沼氣能源建置的廠商，並不熟悉養豬場廢水處理設備的設計，即使直接引進國外系統設備，對於其設計原理與操作技術仍不甚了解，常導致沼氣生產設施建置後，無法達到預期之沼氣產量，同時無法自行維護管理。
2. 沼氣產量估算基準錯誤，導致預期沼氣產量與後續發電收益過度樂觀評估。
3. 對於發電機之操作與發電量估算不熟悉，導致購置規格過大之發電機組，嚴重影響沼氣發電之還本年限。
4. 整體沼氣發電計畫之財務規劃僅估算厭氧消化槽與發電機之設置成本，沒有估算設備之操作成本、設備折舊、設備攤提年限、設備使用年限及操作管理人力成本等。
5. 實施沼氣發電時，並未回收發電機排氣廢熱再利用，使得整體僅有發電效益，較難於短時間內達到財務上之損益平衡或甚至獲利。

基於上述因素，加上國內沼氣發電已經推動約4年，應該儘速召集具有現場實務經驗之專家學者，依據目前推動之實際問題，檢討並提供更符合經濟效益之沼氣發電或沼氣利用升級方案。總之，沼氣利用的效益不只是發電，還有其他更可能符合效益之利用模式，唯有通盤檢討與改進，才能持續發展沼氣再生能源的相關產業，並兼顧環保與永續經營。