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01.Aug.2022

熱分析-STA 手持式XRF 固體再生燃料(SRF)法規方法及量測應用(STA、XRF)

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固體再生燃料(SRF)法規方法及量測應用(STA、XRF)
 
歐盟將於2025年前開始課徵碳邊境稅,進口高碳排產品時,製造過程碳排越高,被課徵的碳邊境稅就越高。台灣也已明確定出2050年淨零碳排政策,未來將與全球同步課碳稅(依碳排放量課徵的一種環境稅)。然而隨著國際間越來越重視ESG(環境、社會、公司治理),如果把廢棄物直接送去掩埋場或恣意亂丟,對環境有害就會被扣分;反之送去SRF電廠,讓廢棄物變成綠電,再回頭用來製造產品,這對於重視ESG的國際客戶來說是加分的,成功拿下國際訂單機率亦大大增加。專家研究指出,天然氣發電的碳排量約是燃煤的五成左右,國際上,以廢棄物製成SRF雖會依照配方比例有所不同,但普遍來講,使用品質較優的SRF發電,碳排量約落在燃煤的三分之一,無疑是減碳良方。

固體再生燃料(SRF)的概念,就是把可以燃燒的垃圾先篩選分類出來,例如:塑料、紙張、紙板、紡織和木材等,再根據不同的熱值去調配比例,藉此壓縮製造出燃燒性質穩定、均一的固態燃料(SRF燃料棒),提供給專門燃燒SRF的電廠去發電,目的是取代燃煤,讓篩選分類出的廢棄物可以再生、再利用,並轉化為綠能發電,故SRF無疑是現今高舉減碳及循環經濟大旗下,企業轉廢為能減少碳排的最佳利器。
 
利用固體再生燃料(SRF)發電流程圖表
▲圖1 利用固體再生燃料(SRF)發電流程圖表
 
然而依照歐盟SRF品質標準(EN 15359)及韓國環境部SRF品質標準控管,淨熱值(NCV)、氯(Cl)含量、汞(Hg)含量、鉛(Pb)含量及鎘(Cd)含量皆是管控項目,其中NCV為SRF最重要之屬性,可代表其燃料價值;氯為SRF不應存在之成分,因氯具有腐蝕性而降低市場價值;汞則是SRF所有相關重金屬管控品質指標之一,由於具有高揮發性,因此汞元素最可能釋放重金屬。在SRF列管的重金屬項目中,皆可透過XRF螢光分析儀進行控管,國內有大廠即直接透過Vanta XRF手持式的優勢,直接於現場分析廢棄物重金屬含量,以確保進場廢棄物來料皆無疑慮。
 
固體再生燃料(SRF)品質管制標準
▲圖2 固體再生燃料(SRF)品質管制標準

此外,依歐盟(EN 15359) SRF檢測方法進行分析,除了上述五項品質管控標準外,還包含了水份、灰份及揮發物含量分析。從應用面來看,不論是淨熱值(NCV)及水份、灰份及揮發物定量分析的量測,這部分皆可以透過同步式熱重/熱示差分析儀STA (Hitachi NEXTA STA)來達到。日本總務省消防廳FDMA就曾發表過使用同步式STA量測RDF燃料的相關測試,RDF技術是以固體廢棄物(如生活垃圾、一般事業廢棄物、農業廢棄物等)利用物理或熱化學方法轉製為燃料,依燃料特性及應用範圍之不同可共分為7類,隨著處理程序的提升,所產生的RDF燃料等級也愈高,代表能回收熱能愈高、污染相對較低。前述所提及的固體再生燃料(SRF)則是經過再製的RDF,故透過表一的量測條件及材料組成,以及圖三透過同步式STA所呈現的熱分析檢測結果,RDF A & RDF B的DTA訊號在大約500~800℃皆伴隨著兩個燃燒放熱的波峰,由此便可以去比較出材料的淨熱值變化;同時比較圖中TG熱重訊號可以發現,RDF B在800~1000度C的熱重損失較明顯,此溫段主要是碳酸鈣加熱到900℃會分解成氧化鈣和二氧化碳的反應,此反應為吸熱現象,因此可以在DTA的訊號中看到明顯的吸熱峰(Endo down),由上述這兩個現象可以推斷出RDF B鈣成分的組成比例較高。上方右圖則是比較兩樣品在不同氣氛(氮氣 & 空氣)下的重量損失訊號,由圖中可以判斷出RDF B在兩種不同氣氛下的熱重損失趨於一致,這也反映出此款廢棄物衍生燃料不論在基礎升溫受熱或是燃燒的過程其裂解反應趨向穩定的現象。
 
實驗條件
 
樣本組成
 
▲表1 透過Hitachi同步式STA檢測淨熱值(NCV)及水份、灰份定量分析條件

 
透過Hitachi同步式STA檢測淨熱值(NCV)及水份、灰份定量分析數據

▲圖3 透過Hitachi同步式STA檢測淨熱值(NCV)及水份、灰份定量分析數據
(來源:Fire and Disaster Management Agency Website)

回歸到RDF & SRF固體燃料品質標準法規來看,除了以上項目包含淨熱值(NCV) & 水、灰份及揮發物定量分析,可以使用熱分析儀達到量測目的之外,其他法規標準包含微量(ppm)元素的定性、定量分析,也可以透過如XRF螢光分析儀、ICP-MS、ICP-OES感應耦合電漿光學發射光譜儀,和EA元素分析儀等設備來達到,也歡迎相關領域的客戶直接與我們聯繫。
 

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