努力小農》慎重考慮人肥代替天然氣

努力小農

2月26日關於基隆設立第四天然氣接收站環評,造成場內肢體衝突,又是台灣環境史上的暗黑一頁。台灣似乎沒有考慮到天然氣、核能這種境外能源,是否會在未來衝突日益激烈時,像俄烏戰爭引發天然氣和氮肥短缺,造成歐洲國家的能源與糧食雙重危機?

戰爭引發的供應鏈危機和創新應對措施,這對台灣也是個啟示。年爆發後,對歐洲及全球經濟造成了深遠的影響。天然氣作為工業生產的重要能源,其供應受到了嚴重影響,其中氮肥的生產尤為突出。氮肥對於農業生產至關重要,直接影響到糧食的產量和質量。然而,由於天然氣供應緊張,導致氮肥的短缺,使歐洲農業面臨重大挑戰,再加上氣候變遷,更使農業、糧食成為地緣政治中的新課題。

天然氣不僅是家庭取暖和工業燃料的重要來源,也是氮肥生產的關鍵原料。氮肥製造過程中,需利用天然氣(甲烷CH4)和空氣中佔80%的氮氣,結合生成氨(NH4)這需要大量的能源,才能轉換成尿素(CN2H4O),進而製成氮肥。俄羅斯是全球最大的天然氣生產國之一,而烏克蘭則是天然氣輸送的重要通道。戰爭爆發後,天然氣供應鏈受到嚴重破壞,天然氣價格飛漲,供應量大幅減少。這使得依賴天然氣進行氮肥生產的企業難以為繼,氮肥的產量也隨之下降。

從天然氣製作氮肥。(圖片來源/大虫農業臉書

氮肥短缺的影響

氮肥是農業生產中必不可少的肥料之一,主要用於促進農作物的生長和提高產量。氮肥短缺直接導致農業生產成本上升,糧食產量下降,進而影響到食品價格和供應穩定性。許多歐洲國家的農民面臨著前所未有的挑戰,他們不得不尋找替代方案來應對氮肥的短缺問題。

人肥作為氮肥的替代品

在氮肥短缺的背景下,一些歐洲國家開始考慮使用人肥作為氮肥的替代品。人肥,即人類糞便經過處理後作為肥料使用,歷史上曾被廣泛應用於農業。現代技術的進步使得人肥的處理更加高效和衛生,能夠有效地補充土壤中所需的氮元素。

利用人肥作為氮肥替代品,不僅有助於緩解氮肥短缺問題,也有助於減少廢物處理的成本和環境壓力。處理過的人肥含有豐富的有機質和多種營養元素,能夠改善土壤結構,提高農作物的生長和產量。

重啟碳氮循環

人類本來就是自然界的一部分,有機物質無外乎碳、氮、氫、氧、硫等5種元素,再加上鉀、磷、鎂、鈣、錳、鋅等元素,人直接消費作物(吃素),間間消費作物(吃葷),都是在消費這些有機物,是地球元素循環的一環,如今把尿素(氮)還田,也是理所當然。

許多歐洲國家正在積極探索和推廣人肥的應用。例如,瑞典和丹麥等國家已經開始採用人肥作為氮肥的替代品,並取得了顯著成效。瑞典的農業研究機構表示,經過處理的人肥含有氮、磷和鉀等多種營養物質,有助於改善土壤肥力。

此外,一些國家成立了專門的研究機構,致力於研發更加高效和安全的人肥處理技術。例如,丹麥的農業部門正在開展多項研究,旨在提高人肥的利用效率,並確保其在農業中的安全應用。同時,政府也加大了對農民的支持力度,鼓勵他們採用人肥作為氮肥的替代品。

台灣農業研究機構也在研究利用豬糞尿的沼液沼渣作為農地的肥料,不但可以減少化肥使用,同時也可達到減碳效果。

俄烏戰爭引發的天然氣和氮肥短缺,對歐洲農業生產造成了嚴重影響。然而,在危機面前,各國積極創新,採取了包括使用人肥在內的多種應對措施。這些措施不僅有助於緩解氮肥短缺問題,也推動了可持續農業的發展。未來,隨著技術的不斷進步和國際合作的加強,歐洲有望在應對氮肥短缺問題上取得更大的成就。

早在2022年5月14日,俄烏戰爭開打3個月,DW德國之聲報導,德國研究以尿液替代氮肥。(上)使用消毒過的尿液作為蔬菜的肥料,(中)200多位農民參與試驗,(下)把尿液製作成固替肥料。

對台灣的啟示

鑑往知來,從歐洲的絕地求生經驗,台灣也可以未雨綢繆,境外能源短缺,這不是靠蓋天然氣接收站可以解決的問題,再加上近年各地焚化爐已屆齡除役,新建焚化爐也是公共嫌惡設施,想必也是困難重重,可以重新思考以下幾點:

1.資源循環與永續發展 台灣雖然地理面積較小,但資源有限,發生天然氣或進口原料中斷情況時,發展本土循環經濟就顯得格外重要。歐洲對替代化石原料的嘗試,啟發台灣進一步整合農業與廢棄物資源化:

廢物資源再利用:推動農業有機化,利用經過適當處理的有機廢棄物(如食物垃圾、農業副產品甚至是處理達標的城市污泥)轉化為有價值的有機肥料,降低對進口化肥的依賴。

循環系統建設:結合廢水處理與再生資源技術,不僅處理環境問題,同時轉化為農業的資源,以支撐永續農業。

2.能源與供應鏈多元化 俄烏戰爭提醒我們,全球大環境的不穩定性可能影響能源及與能源相關原料(如天然氣)的穩定供應。台灣可以考慮:

推動綠能轉型:加速太陽能、風能等再生能源發展,從根本上降低對外來能源的依賴,同時也促進低碳經濟的發展。

供應鏈彈性規劃:提前規劃關鍵產業原料的多源採購及替代方案,即使出現國際局勢變化,也能迅速調整。

3.技術創新與監管體系完善 如果未來台灣考慮發展類似的替代肥料技術,必須同步進行技術創新與監管完善:

衛生與安全技術:發展先進的處理與消毒技術,保證有機肥料在使用時符合食品安全和環境標準。

政策與標準制定:借鑒歐洲的案例,加速制定和完善相關監管標準與認證機制,增加社會大眾與農戶對新型有機肥料的接受度。

4.危機管理與產業轉型 全球地緣政治與市場風險提醒台灣決策者與企業:

風險預防與儲備策略:在國際局勢動盪時,提前做好能源、農業原料等關鍵資源的準備,或建立緊急供應鏈,以降低供應中斷帶來的影響。

鼓勵產業創新:危機往往催生變革,台灣的農業與資源回收產業可以利用這樣的契機,加大對可再生資源與低碳技術的投入,實現產業轉型升級。

台灣自產氮肥夠不夠?

這必須了解台灣進口多少天然氣(本土天然氣可視為0),台灣有多少天然氣製成氮肥,以及進口少氮肥。

1. 台灣進口天然氣量

根據近年台灣政府與能源局統計,台灣每年進口的液化天然氣(LNG)大致在4至5百萬公噸之間。

換算體積:依據接收站(再氣化設備)與轉換效率,不同年度可能對應數據顯示,相當於數十億到上百億立方公尺的天然氣體積。

主要用途:進口天然氣在台灣主要用於發電、工業燃料以及部分化工原料,其中製造合成氨(進而生產氮肥)只佔其中一小部分。

2. 台灣進口氮肥量

台灣的農業以及部分工業需求使得氮肥大多依賴進口資料顯示,

進口規模:年度氮肥(包括尿素、硫酸銨等主要產品)進口量大約在20至30萬公噸左右。

市場情況:由於台灣耕地面積相對有限,但因為化肥效用與產業需求,這個數值反映了台灣對高效作物生產的依賴與進口依存度。

3. 進口天然氣中用於製造氮肥的比例

天然氣在化學工業中主要作為合成氨的原料,而合成氨進一步轉化為尿素等氮肥。根據一般產業數據與台灣當地的產業結構,可以估計:比例估算:大約5%到10%的進口天然氣被分配給合成氨製造流程,這部分就是用於生產氮肥的原料。

合成氨生產通常需消耗較高能量,參考工業標準,大約需要28至30 GJ天然氣的能量(相當於7,784-8,340度電)來生產1噸氨(數值依技術與效率有所不同)。

台灣作為天然氣主要用於發電與多元工業用途,分配到氮肥生產的天然氣量相對較少,因此在總進口量中只占一小部分。

按以上資料,可以忽略台灣以進口天然氣自製的氮肥,大約每年為30萬公噸。

自產氮肥量

台灣人一年的排洩物有多少?大約可以製造多少氮肥?下面提供一個粗略的估算,數字僅供參考,實際數據會因個體差異、飲食習慣以及水分攝取等因素有所浮動,但這可以給我們一個大致了解:

1. 全台排洩物總量估算

以台灣約 2300 萬人口 為例,假設每人每天的產出為:

糞便:約 150 克/天

尿液:約 1.5 公斤/天

計算過程:

1.每人年產量

糞便:150 克/天 × 365 天 ≈ 54.75 公斤/年

尿液:1.5 公斤/天 × 365 天 ≈ 547.5 公斤/年

2.全台年產量

糞便:54.75 公斤/人/年 × 23,000,000 人 ≈ 1.26 百萬噸

尿液:547.5 公斤/人/年 × 23,000,000 人 ≈ 12.6 百萬噸

合計:大約 13.86 百萬噸 的排洩物(含糞便與尿液)

2. 排洩物中的氮含量及潛在氮肥產量

關鍵在於回收其中的氮元素,用以製造氮肥。根據一般估計:

糞便:約含 2% 的氮

尿液:約含 0.9% 的氮

計算每人年氮量:

糞便的氮:54.75 公斤 × 2% ≈ 1.095 公斤/人/年

尿液的氮:547.5 公斤 × 0.9% ≈ 4.93 公斤/人/年

合計:每人約 6 公斤 氮/年

全台年總氮量: 6 公斤/人 × 23,000,000 人 ≈ 138,000 噸氮

3. 轉換為氮肥的潛在產量

以生產常見的 尿素 為例,其氮含量約為 46%。若理論上能100%回收利用這些氮,則所能生產的尿素量約為:

尿素產量=全台氮量/0.46≈138,000 公噸/0.46≈300,000公噸{尿素產量} =

也就是說,理論上台灣人每年排出的氮若全部回收後,製造出含 46% 氮的尿素,大約可達 30 萬噸尿素。

理論與實際: 上述數字在理論上是可能的,但實際操作上,從收集、處理、消毒到氮回收,都會有損失與挑戰。再者,涉及衛生安全、環境規範及社會接受度等層面,都需要深入規劃與技術研發。

應用意涵: 若能有效回收利用人類排洩物中的氮,不只是減少依賴進口化肥,也是循環經濟與永續農業的一項創新舉措。歐洲在能源轉型危機中嘗試類似做法,台灣在資源有限的條件下,更能從中汲取啟示。

簡言之,台灣的「自產氮肥」是可以「自給自足」,不過另外一個問題來了,台灣糧食自給率只有30%,換句話說,如果兵凶戰危,無法進口糧食,人會餓2/3的肚子,這時候氮肥恐怕也要減少2/3了。

看來靠進口糧食、進口能源過子日的台灣,很難應付在國際地緣政治下的戰爭、封鎖,或是天然災害的威脅。

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