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2022.Aug.01

热分析-STA 固体再生燃料(SRF)法规方法及量测应用(STA、XRF)【更新日期: 2023/12/19】

【更新日期: 2023/12/19】 

欧盟将于2025年前开始课征碳边境税,进口高碳排产品时,制造过程碳排越高,被课征的碳边境税就越高。台湾也已明确定出2050年净零碳排政策,未来将与全球同步课碳税(依碳排放量课征的一种环境税)。然而随着国际间越来越重视ESG(环境、社会、公司治理),如果把废弃物直接送去掩埋场或恣意乱丢,对环境有害就会被扣分;反之送去SRF电厂,让废弃物变成绿电,再回头用来制造产品,这对于重视ESG的国际客户来说是加分的,成功拿下国际订单机率亦大大增加。专家研究指出,天然气发电的碳排量约是燃煤的五成左右,国际上,以废弃物制成SRF虽会依照配方比例有所不同,但普遍来讲,使用质量较优的SRF发电,碳排量约落在燃煤的三分之一,无疑是减碳良方。

固体再生燃料(SRF)的概念,就是把可以燃烧的垃圾先筛选分类出来,例如:塑料、纸张、纸板、纺织和木材等,再根据不同的热值去调配比例,藉此压缩制造出燃烧性质稳定、均一的固态燃料(SRF燃料棒),提供给专门燃烧SRF的电厂去发电,目的是取代燃煤,让筛选分类出的废弃物可以再生、再利用,并转化为绿能发电,故SRF无疑是现今高举减碳及循环经济大旗下,企业转废为能减少碳排的利器。
 
废弃物发电流程示意图
▲图1 利用固体再生燃料(SRF)发电流程图表
 
然而依照欧盟SRF质量标准(EN 15359)及韩国环境部SRF质量标准控管,净热值(NCV)、氯(Cl)含量、汞(Hg)含量、铅(Pb)含量及镉(Cd)含量皆是管控项目,其中NCV为SRF重要之属性,可代表其燃料价值;氯为SRF不应存在之成分,因氯具有腐蚀性而降低市场价值;汞则是SRF所有相关重金属管控质量指针之一,由于具有高挥发性,因此汞元素可能释放重金属。在SRF列管的重金属项目中,皆可透过XRF荧光分析仪进行控管,国内有大厂即直接透过Vanta XRF手持式的优势,直接于现场分析废弃物重金属含量,以确保进场废弃物来料皆无疑虑。
 
SRF固体再生燃料
▲图2 固体再生燃料(SRF)质量管理标准

此外,依欧盟(EN 15359) SRF检测方法进行分析,除了上述五项质量管控标准外,还包含了水份、灰份及挥发物含量分析。从应用面来看,不论是净热值(NCV)及水份、灰份及挥发物定量分析的量测,这部分皆可以透过同步式热重/热示差分析仪STA (Hitachi NEXTA STA)来达到。日本总务省消防厅FDMA就曾发表过使用同步式STA量测RDF燃料的相关测试,RDF技术是以固体废弃物(如生活垃圾、一般事业废弃物、农业废弃物等)利用物理或热化学方法转制为燃料,依燃料特性及应用范围之不同可共分为7类,随着处理程序的提升,所产生的RDF燃料等级也愈高,代表能回收热能愈高、污染相对较低。前述所提及的固体再生燃料(SRF)则是经过再制的RDF,故透过表一的量测条件及材料组成,以及图三透过同步式STA所呈现的热分析检测结果,RDF A & RDF B的DTA讯号在大约500~800℃皆伴随着两个燃烧放热的波峰,由此便可以去比较出材料的净热值变化;同时比较图中TG热重讯号可以发现,RDF B在800~1000度C的热重损失较明显,此温段主要是碳酸钙加热到900℃会分解成氧化钙和二氧化碳的反应,此反应为吸热现象,因此可以在DTA的讯号中看到明显的吸热峰(Endo down),由上述这两个现象可以推断出RDF B钙成分的组成比例较高。上方右图则是比较两样品在不同气氛(氮气 & 空气)下的重量损失讯号,由图中可以判断出RDF B在两种不同气氛下的热重损失趋于一致,这也反映出此款废弃物衍生燃料不论在基础升温受热或是燃烧的过程其裂解反应趋向稳定的现象。
实验条件
 
样本组成
▲表1 透过Hitachi同步式STA检测净热值(NCV)及水份、灰份定量分析条件

 
定量分析數據
▲图3 透过Hitachi同步式STA检测净热值(NCV)及水份、灰份定量分析数据
(来源:Fire and Disaster Management Agency Website)

回归到RDF & SRF固体燃料质量标准法规来看,除了以上项目包含净热值(NCV) & 水、灰份及挥发物定量分析,可以使用热分析仪达到量测目的之外,其他法规标准包含微量(ppm)元素的定性、定量分析,也可以透过如XRF荧光分析仪、ICP-MS、ICP-OES感应耦合电浆光学发射光谱仪,和EA元素分析仪等设备来达到,也欢迎相关领域的客户直接与我们联系。
 
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