專題分享

循環農業之產業與技術發展模式

以環綠棕合與台灣糖業為例

台灣經濟研究院/蘇向豪 助理研究員

「全農業」創造的價值,除了可使企業的產品多元化外,其創造的效益更可外溢到該地區,帶動當地的產業發展。本文以現行產業發展較為完善之全棕櫚應用、全蔗利用及全豬利用為核心,分別敘述環綠棕合與台糖之循環農業發展模式,探討國內外產業技術發展現況與營運策略。以全農業的思維,初期以單一公司主導推動,再逐步串連相關產業,應為我國企業與政府在投入循環農業發展可優先考量的策略。

循環農業在整體循環經濟架構中,扮演著將生物質轉換為工業產品,同時也吞納可分解產品為自然肥份的整合者角色。根據2007~2017年行政院主計總處農業廢棄物排放統計顯示,我國近十年平均生物性大宗農業廢棄物產出量約為470萬餘公噸,但現多以堆肥(53.2%)、就地翻耕掩埋(26.1%)等去化方式為主要處理途徑。因此,如何透過生物精煉技術,將農業副產物或廢棄物(以下統稱副產物)以多種物質或能量的形式使用;提高農產品價值的同時,減少一次原料的使用與廢棄物處理的成本,為發展循環農業的重要策略。

前述驅動循環農業的生物精煉技術,基本上圍繞著「全農業」(full agriculture)的思維發展,全農業則可解釋為一種完全利用的概念。過去農業產品取走食用部位後,其餘的副產物多焚燒、翻耕掩埋,或再製為堆肥;而現藉由生物精練技術,配合不同的技術類型,可將農業副產品再製為肥料、飼料、能源以及材料等四類產品。其中材料應用扮演著將副產物加值為生技產品,或跨入工業應用材料的橋梁,飼料應用則維持農產品部分供應予動物食用的核心用途,肥料與能源則扮演大量去化,與促使各類產品重新回饋到農業生產的關鍵角色。

故如何以全農業思維,藉由生物精煉技術驅動產業發展,本文將以現行產業發展較為完善之「全棕櫚應用」、「全蔗利用」以及「全豬利用」為核心,分別敘述:環綠棕合有限公司(Global Green Synergy Sdn Bhd,以下簡稱環綠棕合)與台灣糖業股份有限公司(Taiwan Sugar Corporation,以下簡稱台糖)之循環農業發展模式,探討國內外產業技術發展現況與營運策略。

環綠棕合的全棕櫚應用主要倚賴棕櫚長纖維加工、生質顆粒加工、堆肥加工、供熱與乾燥設備等技術。台糖發展全蔗應用與全豬應用,將各項農業生產部門產出的蔗渣、屠宰下腳料等副產品,再製為有機質堆肥或酒精與酵母產品。

環綠棕合有限公司

(一)環綠棕合循環農業系統

馬來西亞是世界上僅次於印尼的第二大棕櫚油生產國家,創立於2007年的環綠棕合,藉由全棕櫚應用的策略,在馬來西亞的棕櫚市場中扮演非常重要的棕櫚產品貿易角色。

該公司創立初期以棕櫚纖維為主要貿易產品,後續開始研發全棕櫚的生物質加工技術,整體的產業生態系統大致上為(圖1):利用棕櫚及其副產物,開發製成燃料顆粒、棕櫚纖維、棕櫚殼炭以及有機質肥料等產品;部分副產物投入鍋爐燃料或產製沼氣等能源應用,產生之電力供棕櫚油廠使用或對接電網系統售出,產生的熱能則應用為燒製棕櫚殼炭或乾燥用之熱能,熱蒸氣則導入堆肥室內,促進堆肥化效率。最後廠區內的放流水再導回堆肥室,成為堆肥原料,以此將全棕櫚原料應用於事業體中,達到循環農業的模式。

圖1 環綠棕合有限公司資源循環再利用圖

▲ 圖1 環綠棕合有限公司資源循環再利用圖。
資料來源:本研究繪製(2018)。

(二)全棕櫚應用之產品與支持技術

構成該公司達到封閉循環/零排放的全棕櫚應用策略,主要倚賴四項加工技術:

1.棕櫚長纖維加工

該公司發展本業,利用能夠在同一產線上同時進行篩選與乾燥的專利技術,將棕櫚空果串再製為水分15%以下之乾燥長條纖維,藉以取代椰子纖維作為床墊原料、景觀園藝的腐蝕控制、模組製品的複合原料、紙漿原料及隔音材料等,應用範圍相當廣泛。

2.生質顆粒加工

利用與馬來西亞棕櫚油局,合作開發的無軸環型造粒機專利設備,可客製不同規格的棕櫚生質燃料顆粒,作為取代煤炭或化石燃料的替代品,有灰份含量較低的優勢。其產品可應用在燃煤火力電廠或工業鍋爐內與煤炭混燒,作為住宅與商業熱源。

3.堆肥加工

該產線收集棕櫚榨油產線所產生的廢棄物,再製為堆肥回歸棕櫚種植使用。且該產線更引入熱蒸氣於堆肥室中,提供特殊的嗜熱菌生長,加速醱酵過程於28天內完成堆肥化。該套系統亦能持續回收場內的放流水,將其導入堆肥室內,實為發展循環農業非常重要的事業單位。

4.供熱與乾燥設備

該公司在供熱與乾燥設備上,主要開發生物質氣化燃燒器與旋轉式乾燥機兩項。可完全使用該公司產製的燃料顆粒,熱裂解為可燃氣體,再將可燃氣作為燃燒原料,搭配臥式旋轉式乾燥機,降低10~15%的耗能與提高15%的產率。另該公司在此技術根基上,已朝向生質能發電廠發展,預計在馬來西亞中部的霹靂州(Perak)成立三間生質能發電廠,擴大能量流的循環。

該公司的生質顆粒製造廠,已獲馬來西亞創新局(Agensi Inovasi Malaysia)指定合作,拓展北亞與日本市場。並於2014年與中國Chinalight進出口有限公司簽約,每年採購十萬公噸的棕櫚殼炭與1,800個貨櫃的棕櫚乾燥纖維;2018年與中國機械設備工程股份有限公司合作,簽署以棕櫚副產物作為生物質紙漿的主要合作對象。

台灣糖業股份有限公司

(一)台灣糖業循環農業系統

台糖近年導入了以「循環經濟」為主體概念的模式營運,更成立了循環經濟小組與各相關推動事業之管理處,如:再生能源小組與牡蠣殼投資專案小組。而講求可恢復且可再生的循環經濟系統,尤其需要跨部門甚至跨業別的資源流動,因此台糖多角化經營的經驗與部門特性,實質上提高了台糖在各式農業資源流動/加值的效果。

現行台糖循環體系中,主要以各項農業生產部門:包括砂糖事業部、精緻農業事業部、農經處及畜殖事業部,產出如蔗渣、蔗尾與夾雜物、花卉殘株、豬糞尿、屠宰下腳料及蔬菜下腳料等副產品,經農經處與生物科技事業部以醱酵技術再製為有機質堆肥或酒精與酵母產品。另豬糞尿可藉由沼氣發電設施產生電能,回饋至畜殖事業部中使用;有機質堆肥產品的部分,則可回到農經處所屬之農場作為栽培使用,完成循環農業的產業運作模式(圖2)。

圖2 環綠棕合有限公司資源循環再利用圖

▲ 圖2 台灣糖業股份有限公司資源循環再利用圖。
資料來源:本研究繪製(2018)。

(二)農畜產品完全應用

從台糖的循環系統策略中,不難看出該公司是以「全農業」應用為主要發展目標,其中又以全蔗應用與全豬應用為現行技術及市場布局最完整的兩種應用模式。

1.全蔗應用

在台糖的生產策略上,以甘蔗原料生產砂糖為該公司主要之產品項目,其次為副產物在各應用領域上的轉換。

(1)蔗渣

台糖早期將蔗渣作為汽電共生的燃燒原料,提供廠內所需的熱能/電能使用。但蔗渣實為富含纖維質的材料,在技術的演進下,標售到蔗渣的業者開始將蔗渣再製為其他工業用品,例如一般以熱壓再製的甘蔗板,再到紙漿添加原料,更可以添加部分的樹脂再製為蔗渣塑合板,用於建築物中的家具或隔音、隔熱材料。

(2)糖蜜

糖蜜是製糖分蜜過程中,粗糖被精煉後所剩餘的產物,其碳鍵組成非常適合醱酵產生酒精。早期台灣民間常用糖蜜醱酵作為甘蔗酒,而在日治時期日商則著重於將其精煉製造為酒精,台灣製糖株式會社接手後,成功製成藥用級別的酒精產品,但大多數的市場仍集中在工業用酒精及精煉為丁醇的產品,為早期台糖重要的營收來源。

另糖蜜可經醱酵成為食品或大宗化學品,同時也可以作為製造酵母的基底,為我國製造味精的重要原料之一。另外在台糖現存的虎尾與善化製糖廠,相鄰的鄉鎮為台灣種植芸香科果樹的大宗農業地區,添加糖蜜於有機質堆肥施用,可有效的提高水果的甜度,間接提高相關產品的市場價格,實是非常多用途的蔗糖副產物。

(3)濾泥

製糖濾泥是蔗汁清淨後產生出的產物,尚還帶有蛋白質、磷、鉀等多種元素,多用於堆肥添加或土壤改良劑。2018年台糖將製糖濾泥,正式提升為產品階級,命名為「沃土」,於台糖農業相關部門使用。另製糖濾泥含粗蠟成分,可精煉蔗蠟作為蠟燭、蠟紙、蠟筆及凡士林等工業製造產品。

(4)熱能源循環規劃

除上述的物質資源循環規劃外,如何串連各事業部門間的能源,為台糖推動循環經濟中非常重要的一個項目。在全蔗利用的產線中,主要是以澄清蔗汁經加熱為糖漿所產生的蒸氣,投入到另一個澄清蔗汁的蒸發罐裡作為熱能,達到熱能的串聯;並該系統會將最後一個蒸發罐的水蒸氣,利用汽電共生系統產生電能。另系統中熱交換系統產生凝結水,將藉由汽電共生的電能將凝結水加溫,再次產生水蒸氣,循環回澄清蔗汁的加熱熱源。

透過此熱與水的循環系統,使製糖過程減少外部能源與水資源的引入,降低生產成本,並大幅度地增加資源利用效率。

2.全豬應用

全豬利用是台糖推動循環經濟非常重要的策略項目之一。一般豬隻進入肉品市場屠宰後,約產生15%的屠宰下腳料,可分為紅內臟(消化器官:豬肝、豬心、豬腸等)與白內臟(循環器官:豬肺、豬血管等),另在屠體的部分尚有約22.5%的豬皮與豬骨等,飼養過程中每日約產生0.3Kg的豬糞尿水,故如何透過生物精煉技術,有效地將豬隻副產物轉換為具有價值的資源,為台糖循環農業發展的標的。

(1)豬糞尿水

台糖於現行的豬糞尿三段式廢水處理設施,經固液分離→厭氧醱酵→好氧處理後,將:A.固液分離後的固型物與厭氧醱酵之沼渣,作為有機質堆肥;B.固液分離之液體部分,進入厭氧醱酵槽經甲烷菌於無氧環境進行消化作用,轉換產生沼氣(CH4)在轉換為電能與熱能;C.經好氧醱酵將厭氧階段殘留的有機質消化分解後,使其達放流標準,使水體可重新於畜牧場內使用。達到物質、能源及水資源的循環利用,為非常重要的再利用技術發展項目。

(2)屠宰下腳料

除部分的紅內臟有特定肉品販收購清洗整理再進入食品市場外,大多數的屠宰下腳料被清運業者收取,作為堆肥原料或進入化製廠處理。但豬隻屠宰下腳料實有開發為高附加價值產品的潛力,例如:豬眼角膜、豬皮膠原蛋白及豬血的鐵質補充劑等。惟受一般公有肉品屠宰市場屠宰設備陳舊,故若要生技業者收取肉品屠宰市場供應的屠宰下腳料,實有原料使用上的風險與難度。

台糖預計將與特定屠宰場合作,投資符合生技產品規範之屠宰產線,豬隻部位做最嚴格的生產流程改善,提供原料供給集團內的生物科技部門或一般的生物科技業者進行使用(表1)。

表1 台灣糖業股份有限公司全豬利用規劃

台灣糖業股份有限公司全豬利用規劃
資料來源:台糖的轉型策略(2018)、本研究整理(2018)。

台糖東海豐畜殖園區以共醱酵作為能源轉換原料的區域沼氣中心,為農委會核准第一座以農業廢棄物作為共醱酵料源之試驗場域;台糖並興建牡蠣殼生技材料廠,若成功整併產業鏈則有機會成為全亞洲最大生物型碳酸鈣供應商。

台糖循環農業未來規劃與商機

(一)東海豐畜殖園區

台糖於2018年8日正式於屏東縣長治鄉東海豐畜殖場,興建結合循環經濟概念的現代化豬舍。利用智慧化管理系統,搭配自動進料、負壓水簾、高床式地板與糞尿收集系統,搭配雨水回收及綠能系統,完成廠區內資源自主循環的規劃。另在畜殖場外圍土地規劃約十公頃的有機農場,配合場內附設的有機堆肥場將豬糞尿之固型物與沼渣能作為堆肥原料使用,同時種植的農作物可再提供予豬隻養殖之飼料,該園區特色如表2所述。

表2 台糖東海豐畜殖園區規劃特色

台糖東海豐畜殖園區規劃特色
資料來源:台糖的轉型策略(2018)、本研究整理(2018)。

東海豐以共醱酵作為能源轉換原料的區域沼氣中心,其以多種生物質共醱酵作為沼氣發電之料源,常遇沼氣生成不穩定與沼渣成分複雜不易去化處理之問題,而東海豐為農委會核准第一座以農業廢棄物作為共醱酵料源之試驗場域,農委會從源頭控管進料項目,確保其沼渣組成成分,但仍需待實際執行後,其沼氣產量與沼渣各成分檢測後才可得知結果。而2017年我國統計全國生產的廚餘量總計為6,100公噸/日,共醱酵的最終目的是投入廚餘作為沼氣發電使用,惟來源與組成複雜的廚餘是否有機會以區域沼氣中心進行去化處理,東海豐沼氣中心的先期試驗結果尤其重要。

(二)牡蠣殼生技材料廠

2017年台糖正式宣布將於嘉義縣東石鄉投資新台幣兩億元興建全台第一座「牡蠣殼製成碳酸鈣生技材料廠」,並預計營運分為兩期操作。第一期將以農業用途產品為主,將粉碎的牡蠣殼粉:(1)作為肥料直接施用,預期減緩肥料施放速度與提高肥料利用率;(2)作為鈣質補充劑直接添加於飼料中;(3)藉由鍛燒處理後,作為土壤元素補充劑改善酸性土壤。第二期則以食品、醫藥及工業原料作為主要產品項目,主要藉由鍛燒與奈米化的牡蠣殼,作為:(1)抗菌、保鮮的食品添加原料;(2)人體鈣質補充劑;(3)抑菌與吸附濾材;(4)固硫、抗凍融與抗水滲透的工業或建築材料等。並與當地主要牡蠣殼加工業者合作,建立牡蠣殼回收與前處理的產業鏈。目前預計以每公斤高於市價0.2元的價格進行回收。

台糖對於牡蠣殼的投資,著眼在牡蠣殼富含高達94%的碳酸鈣成分。市售以大白石採集精緻成的碳酸鈣,泛用於塑膠、橡膠、造紙、塗料、油墨、工業化妝品、藥品及牙膏等各式產業。在世界主要的碳酸鈣開採國家中國與越南宣布減少大白石開採後,國際碳酸鈣的價格便逐步提高。而我國過去牡蠣殼大都隨意廢棄或堆置在養殖區附近,現今牡蠣殼已有完整之回收管道,並多應用於:(1)育苗栽介質14,504公噸(11.7%);(2)堆肥24,000公噸(19.36%);(3)飼料或飼料原料48,000公噸(38.72%);(4)其他用途(如養殖池消毒與淨水、道路、醫藥或化妝品等)25,056公噸(20.21%)。依目前我國牡蠣殼年產量預估,台糖若成功整併我國牡蠣殼再利用產業鏈,便有機會成為全亞洲最大的生物型碳酸鈣供應商,除將創造我國牡蠣殼的有效益利用外,更可一併解除地方的牡蠣殼堆置引發之環境問題。

全農業之循環農業發展模式

最後,「全農業」創造的價值,除了可使企業的產品多元化外,其創造的效益更可外溢到該地區,帶動當地的產業發展。如案例中所提到環綠棕合預計成立的生質能發電廠與台糖的東海豐畜殖園區,即是由企業內部擴張到整個鄰近產業的能源循環實例;另外,台糖的東海豐畜殖園區與牡蠣殼生技材料廠,更一併解決了當地廚餘與牡蠣殼堆置的環境汙染問題,牡蠣殼生技廠更整合了當地漁業副產物的上、下游產業體系,創造工作機會與分潤機制。故以全農業的思維,初期以單一公司主導推動,再逐步串連相關產業,應為我國企業與政府在投入循環農業的發展,可優先考量的策略。

參考文獻

  1. Arrow, Kenneth (1974), The Limits of Organization, New York: Norton.
  2. Gertler, N. (1995), "Industry Ecosystem: Developing Sustainable Industrial Structures", Thesis (M.S.) - Dept. of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, MA.
  3. Violeta Razmaite, Sigita Kerziene and Virginija Jatkauskiene (2009), "Body and carcass measurements and organ weights of Lithuanian indigenous pigs and their wild boar hybrids", Animal Science Papers and Reports, Vol.27, No.4, pp.331~342.
  4. 台灣糖業股份有限公司(2018),2018永續發展報告書。
  5. 台灣糖業股份有限公司(2018),台糖的轉型策略。
  6. 台灣經濟研究院(2018),「農業廢棄物暨副產物加值應用與產業經濟發展模式研析」,行政院農業委員會。
  7. 行政院農業委員會(2017),沼氣發電推廣與沼氣發電機操作手冊。
  8. 李笙瑞(2005),「台灣農業型生態化產業網絡之模式建立―以虎尾糖廠和地方堆肥場為例」,台灣大學碩士論文。
  9. 翁鴻山(2018),“製糖產業中資源與熱能的循環”,科學發展,第543期。
  10. 中央畜產會(2018),「107年5月底養豬頭數調查報告書」。
  11. 環綠棕合有限公司網站(2018),http://www.ggs.my/about/company- milestone
  12. 駐馬來西亞代表處經濟組(2017),“馬來西亞棕油產業概況”,經濟部投資業務處。
  13. 劉嘉哲(2007),“台糖產出生質酒精的發展”,綠色油田在農業永續發展扮演的角色研討會專刊,頁77~86。
  14. 蔡惠君、高淑雲(2018),“牡蠣殼的產業與循環再利用”,食品資訊,第283期。