努力小農》廢棄物發電不是夢 柴油隱藏了一段被遺忘的生質能源密碼

努力小農

在電影「回到未來」中,怪博士從未來開了一輛未來車回到1985年,沒有燃料了,就加了一些垃圾進入反應爐,於是就有動力了。這部電影的片段,成了2015年豐田氫燃料汽車Mirai的廣告,說明以垃圾中的有機質產生甲烷,再由甲烷產生氫氣,作為汽車的燃料。

或許大家會認為這是未來的科幻電影,不過如果大家知道「柴油」為什麼叫「柴油」,就會知道在柴油成為汽車燃料前,木柴已經是汽車的燃料。

為什麼Diesel翻譯成「柴油」?

柴油的英文是Diesel,是因德國發明家魯道夫.狄塞爾(Rudolf Diesel)發明柴油引擎而來,但是為何Diesel會被稱為「柴油」。在網路上有人認為是因為柴油在燃燒時會有黑煙,和木柴燃燒相似,所以叫柴油。但是木柴燃燒並不會像柴油燃燒持續產生大量的黑煙,「柴油」之名並非如此。

柴油之所以是柴油,是因為在使用柴油之前,汽車的動力真的是來自「木柴」。沒錯,木柴在柴油、汽油、電池之前,就是汽車的動力來源。

這並不是燒柴煮水,產生蒸氣動力,推動渦輪,產生動力,推動輪軸,使車子向前進,因為汽車太小,不足以承載這麼大量的水蒸氣設備,所以瓦特發明的蒸汽機並不是用在汽車上的。

1870年,150年前,汽車的是一個木氣產生器內放了木柴,外面用炭加熱,將木柴中的有機質裂解成簡單的碳分子,如一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)這類可燃氣,亦稱為木氣(Wood gas)或生質氣(Biogas),暫存在一個密封罐中,當內燃機打開時,可燃氣進入內燃腔內,利用壓縮、爆炸的力量,產生動力,推動曲軸、傳動軸,帶動輪轂運轉汽車。

二次世界大戰期間,因為石油成了稀有戰略物資,許多人就把汽車又「復古」改回木氣汽車。這種「生質能」汽車一直到今天都還可以看見,在《低技術雜誌Low-Tech Magazine》可以看到至今還有一些古董車的粉絲在改裝木氣汽車。

木氣汽車,車後掛的是木柴裂解器,產生的甲烷和一氧化碳經由管子送到車頭的引擎,在氣缸內爆炸,產生動力,推動汽車。(圖片來源/Low-Tech Magazine網頁)

廢棄物發電不是夢

話說從頭,20世紀石油世紀的石油,其實也是「生質能源」,是植物光合作用,將空氣中二氧化碳「封存」在地殼中,過程中也是經過了長期地殼地熱的「熱裂解」變成石油;更早的19世紀工業革命用的煤炭,也是植物埋在地下,經過裂解的固態的有機碳。

「熱裂解」是一種熱化學處理,可應用於任何有機(碳基)物質,有機物質暴露在高溫下,並且在沒有氧氣的情況下通過化學和物理分離成不同的分子。熱裂解導致新分子的形成。熱裂解最終產生固體(木炭,生物炭),有機液體,和不凝性氣體(H2,CH4,碳氫化合物,CO,CO2和氮)。

所以我們垃圾中的有機物質,如果透過裂解作用,就能產生新的能源,以及固碳的效果,這也是「回到未來」電影結合垃圾產生氫能源電動車的基本原理。

農業的產品和廢棄物絕大多數是有機物質,如果透過適當的裂解法,一方面可以將固存成生物炭,或是木炭,這是我們古早就在做的木炭窑,畜物業的排洩物也可以生產沼氣,農業應該是沒有「廢棄物」的,而是「碳資產」的管理。

如果草木任其腐朽,則會快速的將其生物質的碳排放到大氣中,如果妥善製作生物炭,則可減少一半的碳排放到大氣的可能。(圖片來源/作者提供)

如果樹木、稻草、稻殼、木質物不處理,任其腐朽,除了會100%變成二氧化碳外,還可能被白蟻啃蝕,或在水中無氧發酵,產生甲烷(溫室氣體效應為二氧化碳25倍),相對的,如果適當以熱裂解將其製炭,減少將近一半的二氧化碳排放,還可換取能源,甚至發電,重量的30%可以成為生物炭,如果還田,則豐富土壤中的碳素,增加碳素,和微生物的生存繁殖空間,有助於植物根部代謝有機質的固碳作用,這是一舉數得的。

當我們希望從農地種電,發展太陽能、風力的時候,不妨回頭想一想先民的「生態智慧」,這些都是知難行易的事,當年用的薪柴、木炭,現在則會變成新的生物炭、生質能源,同時也會產生新的有機肥料資材,有利環境,有利農業,更讓食物營養、美味、安全