一、生物經濟對氣候變遷的影響
隨著COP30將於巴西舉行,全球氣候治理進入關鍵階段,單一減碳技術或部門導向的策略已難以回應氣候變遷、生物多樣性流失與土地退化等日益嚴峻的挑戰。為此,聯合國環境規劃署哥本哈根氣候中心(UNEP Copenhagen Climate Centre, UNEP-CCC)於 2025 年發布《氣候科技進展報告》(The Climate Technology Progress Report 2025),以生物經濟(Bioeconomy)為核心,系統性分析生物基技術(Biobased Technologies)對氣候變遷的影響、關鍵技術、技術大規模佈署的挑戰。藉此促使國際社會重新審視國家自定貢獻(Nationally Determined Contributions, NDCs),將減緩(mitigation)、調適(adaptation)與自然保育深度整合為單一治理路徑。
生物經濟是指以自然生物資源,如植物、動物、微生物等,製造食品、能源、材料與醫藥產品,藉由生物基技術減少對化石燃料的依賴、降低溫室氣體(GHG)排放,以及支持自然與生態系統的保護、修復及永續利用,具備同時回應氣候減排、自然修復與社會發展的潛力(如圖一)。根據UNEP-CCC分析,全球生物經濟目前產值約為4兆~5兆美元,若透過政策工具加速推動,預估在2050年將可成長至30兆美元。
二、關鍵生物基技術
(一)生物質轉化技術:
生物質可以經由轉化過程轉換成固體、液體和氣體的生物燃料、電力或熱能,以減少對化石燃料的依賴。由於這些轉化過程仍會排放溫室氣體,因此須考量生物質的類型和利用率、地理位置以及現有基礎設施,以確保其減碳成效。例如電力適合供暖和交通,而生物燃料適合用在航空和重型車輛,能源作物可能與糧食競爭土地。以下說明不同轉化技術的發展:
1.生物質轉氣體:生物質經由厭氧消化(Anaerobic Digestion)、氣化或水熱氣化(Hydrothermal gasification, HTG)反應轉化為再生天然氣、氫氣或合成氣。其中,水熱氣化是新興技術,適合都會區污泥等濕性廢棄物;厭氧消化技術已可規模化商業發展;氣化技術雖具高度彈性,但因資本密集與操作複雜度高,其商業佈署仍受限於成本與系統整合能力。
2.生物質轉液體:透過快速熱解、水熱液化、水解/發酵和酯交換反應可以生產液態中間體或燃料,如再生柴油、生物柴油、噴射燃料或永續航空燃料。快速熱解可以處理都市固體廢棄物或魚內臟等,也能處理廢棄食用油等脂質廢棄物;水熱液化可在低溫下處理濕性生物質;酯交換反應與煉油程序類似,但反應過程須要氫;水解/發酵生產乙醇已成熟,而高階醇/烴類化合物正在興起,乙醇可以混合燃料或經化學反應轉化為永續航空燃料,屬於新興技術。
3.生物質轉固體:可轉化為生物炭或汽電共生發電並回收廢熱,視生物質的水含量高低而訂。烘烤和慢速熱解能生成生物炭等固體燃料;水熱碳化(hydrothermal carbonization, HTC)適合處理濕的物質,產生固體水炭(hydrochar);這兩類炭都能作為燃料、土壤改良劑、建材、能源和儲氫材料、催化劑、微生物基質以及廢水處理的吸附劑。
(二)生物源碳捕獲、利用與封存(Biogenic Carbon Capture Utilization and Storage, Bio‑CCUS):源自生物的二氧化碳是自然界碳循環的一部分,被捕獲、利用和儲存時就可稱為Bio-CCUS,其在技術、基礎設施與制度條件上,仍難以支撐大規模碳移除需求。但最新研究發現新興的負排放技術,以生物質氣化製氫結合碳捕獲與封存(biomass gasification for hydrogen production with carbon capture and storage, BHCCS)來發電,效果優於生物質燃燒製氫結合碳捕獲與封存。
(三)永續農業與土地利用技術:農林土地利用雖然排放溫室氣體,但也具有龐大的碳移除潛力,但其效益各異。而其中以泥炭地修復、紅樹林再造林、海藻與海草固碳對緩解氣候變遷的效益較受矚目。
(四)生物基材料:在各領域取代原先高碳產品應用,如建材(麻纖維混凝土和生物炭混凝土)、包裝(生物塑膠)、紡織(仿皮革鳳梨纖維)、農業(生物肥料與生物農藥)。在推廣上仍有瓶頸待克服,包括並未從廢棄渣滓提取原料、設計時非以重複利用出發,未能真正實現材料及碳循環的閉合,還有成本過高、生物質轉化流程複雜等顧慮。
三、技術大規模佈署的可行性分析
UNEP-CCC依循 IPCC 第六次評估報告所提出之可行性分析架構,從多重面向評估生物基技術的擴散潛力與主要挑戰。
(一)技術擴散潛力
1.生物基技術解決能源荒:將牲畜糞便、作物殘渣和城市有機廢棄物等用來生產沼氣,家用沼氣池約3-7年可回收;改良型生物質爐灶適用於貧困地區,節省家戶燃料開支;將鋸木屑、稻殼和農產廢料等殘渣壓製成生物質壓塊(Biomass briquettes)來取代木炭,簡易可行具成本競爭力。
2.生質能轉化為生物燃料及電力:木質纖維素殘渣和有機廢棄物生產的第二代乙醇,能有效解決廢棄物流,成本結構取決於原料物流和工廠利用率;以廢棄食用油和動物脂肪進行酯交換反應產製生質柴油,技術相當成熟並具規模化量產潛力,亦具環境效益;都市固體廢棄物行厭氧消化後轉化為沼氣和堆肥、生物乙醇、生物甲烷等副產品,技術成熟且可減少垃圾掩埋問題。
3.農林複合經營:最具可行性的生物經濟之一,主要限制在於苗圃、集散等物流規模化的問題,透過多元化經營,長期仍具有淨收益和環境復育的優勢。
4.生物基產品:生物塑膠雖然因技術成熟及政策支持,但受到高成本及不同製品壽命差異造成的報廢處理問題,影響公眾接受度;生物基建材雖然是成熟且具可擴展性,但在防火性、耐久性與結構安全等方面,仍存在疑慮。
(二)主要挑戰
1. 經濟競爭力與物流瓶頸
目前多數生物基產品需要大量初期投資(CAPEX)且投資回報週期長,難以與化石能源競爭,抑制資本的投入意願。此外,生物資源的能量密度較低且空間分佈分散,導致原料採集、運輸與處理的物流成本極高。
2. 土地利用競爭與糧食安全之權衡
隨著對生物能源與材料需求的增加,非糧作物可能與糧食作物爭奪優質耕地與淡水資源。此外,跨區域或跨部門之間的政策衝突,如土地保護政策與能源發展目標的矛盾,亦增加行政負擔與投資風險。
3. 技術與基礎設施的限制
生物質原料供應具季節性且分佈破碎,收集與物流成本高昂,且難以確保供應穩定性。此外,生物塑料若缺乏完善的分類回收與堆肥處理設施,其環境效益便難以實現;Bio-CCUS 則缺乏二氧化碳運輸與儲存網絡。
4. 體制、政策與社會文化之慣性
部分創新技術,如改良式灶具,若不符合當地烹飪習慣,常導致用戶重回舊設備,降低環境與健康效益。此外,社會大眾對生物基產品的耐久性、防火性(如木造建築)或報廢處理路徑仍存有疑慮。
四、結論
生物經濟在市場面的競爭力難以與石化產業競爭,但在環境面具備顯著潛在效益,能讓市場與社會接受的產品與技術,視地理條件、自然資源、產業結構、社會文化等因素而異,各地適合發展的技術也受政策、資金、基礎建設等因素影響甚劇。因此國際合作和多元利害關係人網絡益發重要,有賴G20生物經濟倡議、全球生物經濟國際諮詢委員會以及糧農組織領軍的全球生物經濟夥伴關係等平台的協調與調度,更亟待國家與地方層級的多層級治理與跨部門合作,方能對全球有所貢獻。