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2014-01-01再生能源—固態廢棄物
529 期
Author 作者
甘魯生／任職中研院化學所。
自工業革命以來，人類在短短三百多年間因應社會的演變，在技術上做了長足的進步，滿足了人類食、衣、住、行、醫藥及娛樂上的需求。但同時也消耗了地球上的自然資源，如礦產和化石燃料，並產生了大量廢棄物，造成了地球環境的破壞及全球溫度上升。
全球溫度上升的表象如今逐漸顯露出來，各地極冷和極熱的氣溫紀錄頻頻破表，旱災、水災、颶風、龍捲風比以往來得多，破壞也來得大。生物滅絕也比以往來得快。因此21世紀首要工作就是要以減少對環境的衝擊為目的來發展新科學，重新思考及重新設計工業。首當其衝的問題是數以億萬噸的固態廢棄物將如何處理。
固態廢棄物的害處
據估計，全世界每年產生的固態廢棄物達12億噸。光是找地方堆放就是大問題，堆積地點造成的髒亂也令人退避三舍（圖一）。
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圖一：固態廢棄物傾倒場。（ 富爾特授權）
通常有機物質經過生物無氧分解之後，產生甲烷及二氧化碳。美國廢棄物能源科技學會主席塞梅里斯（Nickolas Themelis）將紐約市固態廢棄物中十種常見之有機物，以此通則歸納分析之後導出下列之化學反應［註一］：
4 C6H10O4 + 6 H2O —（ 發酵）→13 CH4 + 11 CO2
其中C6H10O4為塞梅里斯總結出十種有機物之平均分子量。
發酵所產生之二氧化碳是生物本身的循環，所以不會增加地球上二氧化碳之總量。但甲烷（約佔發酵之54％）是溫室氣體之一，這是淨增加。生物廢棄物在固態廢棄物中約佔30~60％（其他有塑膠、金屬、玻璃等），所以每噸固態廢棄物能產生50~100 公斤之甲烷，佔人為產生溫室氣體總量之4％。
這種趨勢將隨人口的增加而更加嚴重，因此固態廢棄物除了製造髒亂，為害環境及人體健康外，最大之害處是產生溫室氣體甲烷，使全球溫度穩定上揚。
捕捉甲烷計劃
目前當急之務是如何扭轉這情形，甲烷也是有機物，可燃燒作為能源，取代其它產生能量的方法（如化石能源）。燃燒所產生之二氧化碳如上所述，不但不增加地球上二氧化碳總量，相較於其它方法所產生的二氧化碳更少，所以總合來講是減少了二氧化碳之產生；同時也節省了處理這些固態廢棄物所費之能量。比如說，若要掩埋1噸固態廢棄物，依其成份而定能產生100~350公斤二氧化碳。
因此，「將固態廢棄物轉變成能源」（waste-to-energy, WTE）的想法應運而生，得到了國際氣候改變專案小組（International Panel of Climate Change, IPCC）［ 註二］、世界經濟論壇（World Economic Forum）的認可。美國能源部更在2005年宣稱：WTE是可再生之能源。……【更多內容請閱讀科學月刊第529期】
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註一：Themelis, N.J., Y. H. Kim, and M. H. Brady, Energy recovery from New York City municipal solid wastes, Waste Manag.& Res., Vol. 20(3): 223-233, 2002.
註二：該組織得到2007 年諾貝爾和平獎。