(示意圖/圖片來源:envato element)

造紙業因為製程必須投入大量能源與資源,經常被認為是高耗能產業,但近年隨著產業升級,臺灣的造紙業已降低製漿製程的污染並且提昇能源利用效率,亦發展出廢紙利用率高、回收率高且紙板生產比率高等特性。

紙廠在生產過程中所產生廢棄物以「漿紙污泥」與「廢紙排渣」(或稱散漿排渣)為大宗,國內不少紙廠將這些看似無法利用的廢棄物,再利用作為鍋爐燃料使用。本文以「生命週期評估」,看看造紙業的廢紙排渣,經過RDF製程,再製為RDF-5後,是否仍然具有環境效益?

1.生命週期評估法與衝擊評估模式

本文生命週期評估參考ISO 14040 流程進行,生命週期衝擊評估模式選擇上,以IPCC GWP 100a評估RDF減碳效益,另以IMPACT 2002+評估多面向環境衝擊。

IPCC GWP 100a經常被廣泛應用於評估產品的減碳效益分析。IMPACT 2002+衝擊評估方法則是將環境衝擊分為17項衝擊類別,並將衝擊結果歸納為人類健康(Human health)、生態品質(Ecosystem quality)、氣候變遷(Climate change)與資源耗用(Resources)等4項衝擊評估結果。

2.評估標的、系統邊界與情境假設

臺灣每年約產生37萬噸漿紙污泥與22萬噸廢紙混合物,根據臺灣再利用規範,漿紙污泥可直接作為鍋爐輔助燃料使用;廢紙排渣則可透過RDF(Refuse Derived Fuel)製程,再製為RDF-5(註),作為廠內鍋爐輔助燃料使用。

(圖片來源:環興科技股份有限公司)
圖1 廢紙排渣

無論是漿紙污泥或廢紙排渣所製成的RDF-5,都可以用來取代一部分燃煤,減少化石燃料使用,並且可減少漿紙污泥與廢紙排渣等廢棄物處理成本,降低焚化爐與掩埋場之廢棄物處理量。

本文的生命週期評估以造紙廠產生廢紙排渣所製成RDF為評估標的,評估範疇包含運輸、加工及燃燒產熱等階段,過程中所有能源、資源、設備投入及排放之廢棄物須納入計算。系統邊界設定如圖2所示,情境假設說明如下:

  • 情境1:1噸煤作為廠內鍋爐燃料(基礎情境)
  • 情境2:廢紙排渣再製成RDF-5,並作為廠內鍋爐燃料
  • 情境3:廢紙排渣再製成RDF-5,並作為廠外鍋爐燃料 (考慮運輸距離10、30與150公里)
  • 情境4:廢紙排渣再製成RDF-3,並作為廠內鍋爐燃料
  • 情境5:廢紙排渣再製成RDF-3,並作為廠外鍋爐燃料 (考慮運輸距離10、30與150公里)

註1:因研究使用之原料為下腳料,依照生命週期評估截斷(cut-off)準則,原料之生產過程不納入範疇內,可直接忽略不計。
註2:國內目前對於紙廠的廢紙排渣製成RDF,僅限於將其製成RDF-5並限廠內自用。此處參考國際上的其他作法,並納入其他情境進行比較。
圖2 生命週期評估系統邊界與情境假設


3.
生命週期評估結果

氣候變遷是廢紙排渣資源化的主要衝擊:廢紙排渣資源化主要衝擊來自氣候變遷,此衝擊主要來自於RDF燃燒階段;在燃煤的基礎情境中,主要衝擊亦來自燃煤本身燃燒時所產生溫室氣體排放。

廢紙排渣再製為RDF,對環境衝擊遠低於燃煤:綜合人類健康、生態品質、氣候變遷及資源等4大類衝擊,廢紙排渣再製成RDF作為燃料,對環境衝擊分別只有燃煤的18.0%(情境2)與16.3%(情境4) ; 即便考慮將RDF 運至廠外鍋爐使用, 對環境衝擊也只有燃煤的16.5%~19.4%(情境3與情境5)。

考慮廠外運輸情境,運輸對環境影響主要在氣候變遷:廠外鍋爐使用之假設情境中(情境3與情境5),分別假設RDF-5與RDF-3在10公里、30公里與150公里等運輸距離,將其運至廠外供其他鍋爐使用,研究發現運輸對於環境衝擊主要在氣候變遷,其次為人類健康。

即便考慮運輸,相較燃煤,廢紙排渣再製為RDF仍具有減碳效益:根據熱值換算,1.15噸廢紙排渣所製成RDF相當於取代1噸燃煤燃燒所產生熱量;考慮運輸距離對碳排放之影響,運輸距離每增加10公里,碳排放量約增加 2.43 kg CO2 eq。


圖3 生命週期評估結果-總衝擊

RDF-5經過造粒程序便於運輸,但需耗用額外能源:RDF-5經過造粒程序後,即可方便運送,但造粒過程須耗用額外能源與成本。依照國際上對於RDF的實務經驗,考慮RDF的體積密度比、運輸成本及貨車載重理想運輸距離如下:

  • 運輸距離在30公里內,以RDF-3形式運送較具經濟及環境效益;
  • 運輸距離在30公里至150公里間,以RDF-5形式運送較具經濟及環境效益;
  • 運輸距離在150公里以上,運輸成本太高不具經濟及環境效益。

從生命週期評估的結果顯示,相較於燃煤,將廢紙排渣透過RDF製程重新再利用,除了可以減少廢紙排渣處理成本,同時可減少工廠燃煤使用量、及減少碳排放量,並且能夠大幅降低將這些廢棄物送至焚化爐或掩埋場的數量,減少焚化爐或掩埋場的廢棄物處理量,達到能資源物料循環的經濟效益。

註:美國材料試驗學會(American Society for Testing and Materials, ASTM)將RDF分為RDF-1至RDF-7等7類,RDF-5在臺灣較為大眾熟知。其中,RDF-5與RDF-3最大的差別在於RDF-5由於經過造粒,含水率較低、體積較小,適合運輸;RDF-3無造粒程序,物性較為蓬鬆、較不易成形,因此運輸成本相對較高。國內目前對於紙廠廢紙排渣製成RDF,僅允許將其製成RDF-5並限廠內自用。

(責任編輯:蘇姵伊)

參考資料

  1. 經濟部工業局,107年度生質能暨環保產業推動計畫
  2. Link and Loop,廢棄物衍生燃料生命週期評估 技術報告https://www.linkandloop.net/publications
  3. 行政院環保署,事業廢棄物代碼申報流向統計年報

Phoebe
環境工程領域背景,從技術角度進行觀察,期待能在綠色產業貢獻。
Print Friendly, PDF & Email