張泉湧觀點：全球暖化之轉機─聯合國全球甲烷承諾決議興起沼氣發電產業

壹、2021年聯合國氣候大會決議承諾10年減少30％的甲烷排放量

2018年美國利用奧克拉荷馬州南大平原觀測站獲得的綜合資料，首次證明甲烷也能加強地球溫室效應；甲烷除了來自大自然如海洋、永凍層和一些濕地外，更來自許多人為所產生，據美國官方統計，天然氣供應鏈洩漏率約2～3%，如美國波士頓1,256公里道路就有3,356個甲烷洩漏點；而加拿大環境監測GHGSat公司指出，俄羅斯煤炭公司Raspadskaya旗下礦坑於2022年1月以每小時90公噸的速率排放甲烷；顯示人為產生的甲烷是最大的排放源，尤其是來自畜牧業與工業排放的廢水，同時含有二氧化碳與甲烷，是造成溫室氣體效應的元凶，其中約有一半是甲烷所造成。聯合國為了達到巴黎氣候協定目標，於2100年將全球平均升溫控制在2℃之內，乃以2050年為限，將整體減緩溫室效應、溫度上升的目標提出淨零排放及全球甲烷承諾決議，105個國家簽署承諾未來10年要減少30％的甲烷排放量，以減緩暖化危機。

貳、盧安達利用甲烷氣體發電減緩殺人湖危機之省思

盧安達基伏湖發電廠，是一座漂浮在湖面上的天然氣發電廠，抽取火山沉積在湖底的大量氣體，用來發電疏解湖底噴發的風險，緩減天災並供應全國30%電力，和傳統的柴油發電相較，電廠的廢氣量只有1/3。天然氣管從湖面下約350公尺深處，抽出富含甲烷的氣體，這是由於周邊地層數千年來火山運動所產生的天然蘊藏。湖沼學家達爾洽博說，它是一座『殺人湖』，全球有3座都在非洲，在平靜的湖面下潛伏著魔鬼伺機而動，它們殺人數以千計，而且可能還會再展開大屠殺。這三大殺人湖有兩座在喀麥隆即尼歐斯湖(Lake Nyos)與莫瑙恩湖(Lake Monoun)，另一座屬於裂谷湖的基伏湖(Lake Kivu)，位在盧安達與剛果民主共和國交界處，它們的共同特性都是由火山口形成的湖泊，因湖底的岩漿會釋出二氧化碳，並在湖床上形成高濃度的甲烷及二氧化碳水層，這些氣體一旦累積過多，即會引發爆炸，讓附近的活體無一倖免。1986年非洲喀麥隆西北部，一夜之間因噴發大量的二氧化碳，造成1,746人窒息身亡，所有牲畜也都因此死亡。同樣的處境若在盧安達，則恐威脅200萬人的寶貴性命。但盧安達因能透過正確方式抽取天然氣體，讓威脅化為轉機，逐步降低湖底壓力，因而防災與減災同時，也能推動盧安達的經濟發展。這三大殺人湖大約共有數百億方公尺的甲烷，當局雖致力於抽出甲烷，除了可以減少危機也可賣給鄰國，不過抽取速度慢，尼歐斯湖要消除威脅至少要15年，若也用來發電，也許能徹底解決這個寧靜的殺人犯。 （相關報導： 王伯輝觀點：當風電及光電不再「風光」時，只能天佑台灣！ ｜ 更多文章 ）

参、利用工廠及畜牧業廢棄物轉換沼氣發電助緩解暖化危機

聯合國氣候變遷委員會於2021年呼籲人類必須將甲烷排放量減少30%，才能遏止全球暖化。為解決廢棄物對地球環境造成的傷害，各國已全面啟動收集工廠及畜牧業有機廢棄物行動，再加以轉換成沼氣發電，以大幅降低甲烷排放量。對企業而言，這些豬、牛糞便與工廠廢水都能轉成「綠金」；因經過厭氧發酵等程序後，這些有機廢棄物，都變為沼氣及沼液與沼渣，成為能發電或做成有機肥料。利用微生物在缺氧環境下將有機物分解轉化成沼氣，可去除88 %以上之有機質與懸浮固體，畜牧業中常使用覆皮式厭氣發酵槽或水泥密封式厭氣槽；常見的沼氣發電機屬於內燃機引擎，在汽缸內進行燃燒後，可產生爆發力並推動活塞產生機械能。活塞在汽缸內往復上下移動，帶動曲桿旋轉電磁鐵產生電能。

過去甲烷被人類所忽視，主要因人類在脫離農業時代後，過度依賴石化資源，或因糞便被認為骯髒，甲烷就被當成垃圾不被重視。除了豬、牛糞可以利用外，人類的排泄物一樣能利用，不過現在處理方式主要是透過衛生下水道到污水場處理。沼氣中甲烷占50～65％、二氧化碳占30～45％。沼氣製法可分為微生物發酵氣化和熱化學氣化兩種。微生物發酵氣化是指將生物質與空氣隔絕，用厭氧細菌發酵而產生甲烷。厭氧細菌生長在各種缺氧的環境中，如下水污泥、沼澤、垃圾堆、動物的消化系統中。熱化學氣化是指將固體燃料如煤炭、木質廢棄物、農作物殘渣等與空氣隔絕，加熱分解以產生可燃氣體後，能進行發電與燃燒使用。畜牧廢水系統進行厭氧發酵，除產生沼氣可再利用外，更可提升排放水質，使牧場永續經營，創造環保與永續雙贏。

2021年美國加州政府針對牛糞所衍生出的天然氣，提出更高級的能源補助法，當地乃掀起一股牛糞淘金熱，潔淨能源燃料(Clean Energy Fuels)公司與英國石油及道達爾攜手合作，把牛糞所產生的甲烷製成天然氣。比爾蓋茲所屬的非營利團體突破能源組織(Breakthrough Energy)於2021年9月21日宣布，已自全球鋼鐵業龍頭集團和通用汽車等7家大企業募集10億多美元，以供應潔淨能源發展之用。據國際市場調查機構預估，沼氣相關產業產值，將從2021年的256.0億美元，成長至2028年的370.2億美元，年複合成長率（CAGR）約5.4％，近年沼氣發電產值已不斷增長。

肆、我國已有多家工廠成功或正積極研發沼氣發電

我國汙水廠沼氣發電尚未普遍，大多仍將產生之沼氣直接燃燒或排放造成溫室氣體汙染。國內沼氣發電以畜牧業為主，包含永興豫畜牧場、後壁鄉養豬場、彰化芳苑鄉漢寶牧場及海埔畜殖場等。據工研院評估，目前台灣每天可生成利用的沼氣潛能約30萬立方米，可提供約9.4萬戶家庭使用。除發電機引擎外，不少台廠本身就具備生產沼氣及發電設備的技術能力，有利沼氣發電產業鏈的建構，讓台灣工廠多一條生機，且對減緩全球暖化危機也可做出貢獻。

沼氣發電是我國近年備受矚目的環保發電方式，其實丹麥40年前就已開始研究。全台灣有超過7,000個養豬戶，每年要處理6,000萬噸養豬廢水，在細菌分解有機物的過程中，會釋出甲烷、二氧化碳、硫化氫等氣體，也就是沼氣的主要物質。國內造紙大廠永豐餘近年積極進軍沼氣發電，汙水與異味一次解決，還能賣綠電，擠身亞洲頂尖沼氣發電之列，2019年10月24日新屋廠已正式啟用全台最大沼氣發電系統，年發電量約4,200萬度，可供台灣近12,000戶家庭用電。

另業興環境科技公司，於2021年在花蓮玉里興建全國首座集中型處理畜牧沼氣發電設施，導入厭氧消化技術處理，進行沼氣發電，沼渣沼液則做成有機肥料，每年約可產生80萬度綠電，並提供農田約11萬噸有機肥料。而漢翔航空公司因有1/3業務都跟飛機引擎有關，如台電使用的氣渦輪發電機引擎，與戰鬥機引擎的核心技術幾乎一模一樣；這項技術可延伸到沼氣發電，漢翔早已啟動多角化經營，並加速將沼氣發電列為拓展重點。我國經濟部能源局預計2030年將完成開發沼氣發電總裝置容量達26MW以上，對全球要求減緩甲烷排放趨勢也能有所助益。

伍、結論

非洲3座『殺人湖』，過去殺人數以千計，而且還可能再爆發大屠殺，令居民望而生畏，因湖底的岩漿會釋出二氧化碳，並在湖床上形成高濃度的甲烷及二氧化碳水層，當這些氣體累積到一定濃度，即會引發爆炸，附近的活體均難倖免。工業革命以來因人類不當生活模式，致使大氣中之溫室氣體，二氧化碳與甲烷排放量不斷累積，造成地表均溫不斷攀升與全球極端氣候劫難頻發：如熱浪、野火、乾旱、豪雨、豪雪、熱帶風暴、龍捲風、土石流及山崩等等複合型災難，隨時在全球各地上演，如2021年12月14日超過50個龍捲風襲擊美國8州，死亡人數至少88人；極端氣候不分富國、窮國都難倖免；而三個非洲殺人湖的共同特性，都是因湖床上累積高濃度的甲烷及二氧化碳引發爆炸，與地球大氣因累積大量甲烷及二氧化碳導致極端天氣殺人類同，人類必須引以為鑑。 （相關報導： 王伯輝觀點：當風電及光電不再「風光」時，只能天佑台灣！ ｜ 更多文章 ）

＊作者歷任飛航總臺主任氣象員、民航局組長及多所大學兼任副教授等職，著有《圖解全球暖化之危機與轉機》《全球氣候變遷─危機與轉機》《圖解大氣科學》及《中尺度氣象學》等書。