資源再生/循環經濟

發行人 :蔡俊鴻

本期主編:張添晉

編輯工作小組:王志遠、吳文龍、

       花建佑、李怡蒼、

       陳婉寧

106年3月

造紙業廢棄物循環利用及能源回收

文 / 蔡東和 台灣區造紙工業同業公會前理事

摘要

  循環經濟早已是全球趨勢,也是國際造紙業永續發展之路。造紙業從過去仰賴砍樹製漿,發展至今日的精進造紙技術,大量地從消費者使用後的回收廢紙中擷取再生纖維作為造紙原料,並將回收廢紙中摻雜的廢棄物加以能源回收再利用,今日造紙業堪稱兼具先進造紙工藝與極佳能資源整合之產業,是非常典型且重要的循環經濟產業。本文將說明造紙業的能資源策略,探討造紙業如何透過廢棄物的循環利用及能源回收,發展可實現的循環經濟,並說明目前造紙循環鏈所遭遇的困境。

關鍵字:循環經濟、廢棄物能源化

一、造紙與能資源

  現代化的造紙流程如表一所示,從原生林或回收廢紙再利用取得纖維製成紙製品,經由消費者使用後進入再利用系統,或是進行廢棄物焚化/掩埋處理,構成循環體系,使得造紙業成為完整的循環經濟產業,同時也是重要的民生基礎工業。根據台灣區造紙工業同業公會統計,2016年台灣回收紙消費量近360萬公噸,其中288萬公噸(80%)為國內收集,回收率約為71.2%,高於全世界平均的59%。除了少量出口,國內回收紙幾乎都作為再生原料,回收紙利用率為75.1%,這些再生原料主要用於生產工業包裝用紙,除了創造回收紙的經濟價值外,造紙業每年回收使用約360萬噸巨量回收紙,相當於7座木柵焚化廠的年處理量,也讓7,200萬棵樹免於砍伐*,如表一內圖表所示。

  然而這些回收廢紙中卻含有10~13%無法被回收利用的廢棄物,例如布帶、麻繩、不易回收的紙類、膠帶、塗料、白土等雜質…,也意謂著當國內造紙業回收使用360萬噸的回收廢紙,經由造紙流程取出纖維當成造紙原料後,剩下的是40餘萬噸的廢紙殘渣。然而,這些廢棄物並非由造紙廠所生產製造,而是社會消費紙類經由回收處理過程所殘留下來的,但其最終處理的重擔卻落到台灣的造紙業者身上;此外,回收纖維、木質素、造紙過程中的白水廢水經淨化後所產出的污泥也是造紙廢棄物之一,也必須被委外處理、掩埋或進行熱回收處理。

  此外,一年40餘萬噸的廢紙殘渣與污泥,約蘊藏三分之一的煤炭熱值,從廢棄物能源化的角度來看,相當於15萬噸的代煤量,對資源匱乏的台灣來說,這些廢棄物相當值得被回收再利用。又基於造紙業的特性,製紙流程中需要蒸氣、熱與電的投入,因此投資設置特殊設備進行再利用,將可大大優化造紙廠的能源結構,但這也需要具備一定規模產量的造紙廠才能具體實現。

表1 近年造紙產業現況說明

二、造紙業能資源策略

(一)、發展背景

  大型造紙廠所擁有的熱電比條件非常適合設立汽電共生廠,國內自80年代起先以煤炭做為高效率能源轉換的媒介;而木漿廠亦因整合性規模生產,以黑液再生能源供自給使用,使得造紙產業逐漸提升整體能源使用效率。隨著造紙業在邁向全球化及自由化的衝擊而受到嚴峻挑戰下,為了持續保有產業競爭力,除了充分應用以國內回收廢紙為主的再生資源做為原料外,更大幅提升自動化以及各式製程高效率省能設施、廢熱回收及汽電共生設備,同時精進生產操作及管理技術,得以有效逐年降低造紙業的能源消費量比重,以及單位產品能源耗量,相對地提升了產業能資源開發及成本的競爭力。

(二)、發展契機

  由於國內都市廢棄物處理問題不斷,新政策已規範都市焚化爐必須優先處理民生廢棄物,因此衍生事業廢棄物去化的問題;加上既有焚化爐對事業廢棄物處理能力不足且設備老舊,新的處理業之設立又頻遭環評卡關,還有國內掩埋場飽和與加重處理業違法罰則等,使得事業廢棄物處理成本不斷提高。而新政府為了解決這些民生問題,積極推動循環經濟與再生能源政策,並提高了再生能源躉購費率,此一境況間接可促進能資源有效回收再利用。

(三)、發展優勢

  多年來造紙業配合國家2020年再生能源發展計劃,擁有汽電共生設備的大規模造紙廠,大都積極地進行推動廢棄物再生資源的發展利用。具正派經營與注重綠色生產的造紙業者,除了已經累積多年鍋爐操作經驗,更具備研發、工程、操作等完整技術團隊,配合學界與研究機構的技術支援,已對高熱值廢棄輪胎、製程排渣、污泥、熱固型衍生燃料等進行再生廢熱回收,並結合汽電共生高效率發電,以及新進綠色能源風力發電等之利用,以期逐步減少對化石燃料的依賴,降低二氧化碳排放量,達成提升能源轉換效率及減輕環境負荷雙重綜效,並因此創造具備國際綠色競爭力及永續發展的企業優勢。

(四)、借鏡日本紙業經驗

  如圖一所示,造紙業本身就是循環利用的產業,以2015年日本為例,紙產業廢棄物產生量為510.1萬噸,再資源化數量為251.6萬噸,最終處分量為15.2萬噸。其中廢棄物七成為有機污泥,再資源化最大宗是土木產業使用,取代了部份水泥。而日本造紙業訂下的2020年環境行動目標為:(1)產業廢棄物最終處分量要降低至13萬噸;(2)維持業界有效利用率97.0%;(3)提升資源循環的品質,包括改善生產工程的效率、難以離解廢紙的利用技術,還有有效利用熱能回收等,持續開發與原料及燃料相關的技術應用。借鏡日本紙業經驗,管理面上應提高替代能源佔比,自行處理廠內廢棄物以充分運用所能產生的能資源。


圖一、造紙業是資源循環型產業

(五)、能資源策略

  由於全球氣候變遷的議題漸漸受到社會的重視,企業發展必須兼顧環境永續的效益。為了減少溫室氣體的排放量,並邁向循環經濟產業發展,造紙業必須以能源結構優化與廢棄物自行處理為目標,也就是進行能資源整合作為主要操作策略,如圖二所示,造紙業的能資源整合系統包括︰

  (1) 投資先進大型紙機以提升生產效率、減少資源耗用。

  (2) 引進汽電共生設備,同時運用電力、蒸汽,以提升能源效率。

  (3) 生產用水循環使用,減少水資源耗用。

  (4) 運用區域優勢,引進風力發電、太陽能發電。

  (5) 廢棄物資源化︰如將生質能及製程廢棄物製作成燃料棒,並開發污泥混燒技術,替代石化燃料;廢水處理後的沼氣再回收純化,投入熱回收鍋爐。

  (6) 生產製程以熱泵和OCR發電回收製程殘熱,減少製程熱源浪費。


圖二、造紙業能資源整合系統

三、暢通循環鏈

  以廢棄物循環利用和能源回收方式,逐步推動造紙業邁向循環經濟產業的過程,必須不斷提昇設備和技術,來克服相關的問題,並符合日益加嚴的環保政策與環保標準。例如:在電力上投資風力發電與太陽能發電等清潔能源,熱能上投資焚化爐、CFB、污泥乾燥、生質能/殘渣造粒、ORC發電與沼氣鍋爐等,儘可能減少煤炭使用與委外處理廢棄物量。整體來說,整個能資源整合系統已經形成循環鏈,但混燒飛灰的去化有問題,使得循環鏈中斷。因此要順暢此循環鏈,政府必須協助企業解決混燒飛灰的去處,才能使循環鏈順暢運作。

  以日本來說,根據台電105年「研習生質物混燒技術及煤灰再利用」之出國報告內容,截至2013年止,日本鍋爐飛灰、煤灰產量約993萬噸,再利用率自2005以來,一直維持在95~98%。煤灰再利用路徑有66%用於水泥原料及混凝土產品,其中有97.5%用於水泥生料、1%用於水泥熟料、1%用於混凝土摻料。有18%用於海事工程(如:填海造陸)及其他,有14%用於工程建設(如:道路基底、回填材料),有2%用於結構材料,有1%用於肥料,詳如圖三所示。而底灰則大多再利用於道路基底與回填材料上。


圖三、日本煤灰的再利用路徑

  日本對於紙業推動生質能混燒,除最高補助三分之一的投資金額外,並在生質能混燒灰去化上由政府協助以保持暢通。根據調查,日本的混燒飛灰主要是用在水泥生料,在法規上並無太多限制,但未來也計劃仿效歐洲,修改JIS規範來分級管理生質能混燒灰,以提昇混燒灰利用價值。其他關於混燒飛灰的研究包括電廠RPF飛灰與水及水泥混合後,以固化及造粒兩法利用,來作為道路路盤堆土材;日本廢輪胎片(TDF)與煤炭混燒飛灰混入混凝土砂漿內再利用等等。此外,依日本文獻資料顯示,污泥混燒飛灰可再利用轉製之價值製品為製鋼用保溫材、土壤改良材(農業;建築土木)、水泥原料、土壤改良固化材、路盤材、廢水處理用材等等,其價值為僅次於純煤灰作為混凝土中水泥替代摻合料。

  由於政府極力推廣綠色能源和無核家園,加上空污問題迫使電廠降載因應,缺電問題隨之而生。未來若是要推動生質能或是廢棄物發電,目前國內的法規尚未完備,民眾對於設廠存在疑慮且溝通困難,推動再生能源發電廠超過500kW需環評曠日費時且變數多,這些都還欠缺政府制定政策與法規支持,需要政府介入協助順暢造紙產業的循環鏈。

四、結論

(一)推動循環經濟,需要大企業投入

  對造紙業來說,要讓整個產業投入循環經濟的循環鏈中,需要的是高資本投資,對於小規模的產業來說,投資效益較不理想。因此除了鼓勵大企業投入,更要推動產業共生,以甲公司的廢棄物是乙公司的原料(燃料),邁向「零廢棄、零排放」的ECO產銷系統。

(二)法規修改

  要將廢棄物變成資源,在國內法規上仍有許多限制,包含環保法規與國家標準等需要適當修改,才能暢通循環鏈。

(三)混燒飛灰去化

  混燒飛灰去化面臨既有掩埋場即將飽和去化困難,唯有學習日本將混燒飛灰資源化才是正確的道路。目前已知去化管道CLSM市場胃納有限,申請曠日費時費用又高;用在混凝土摻料又有工程管理的疑慮;若能應用在水泥原料,減少礦石的開採以達到成本(採礦、能源、碳稅…)及CO2排放減降,達到水泥業、造紙業與環保三贏。

(四)政府協調

  從造紙業推動廢棄物循環利用和能源回收來看循環經濟,能資源整合是最佳選擇,優良企業已經有意願且有技術支持,唯缺政府的整合與推動,地方政府與民眾疑慮需要政府介入協調,才能推動成功。

*註1:木柵焚化廠設計處理量為1,500噸/日;1噸廢紙約等於20棵樹