作者:盧雅雯、范繼中、吳純衡 / 水產加工組 2007.3.15 水試所電子報
以生質能源作為替代能源,現階段遭遇的最大瓶頸為成本過高、供應量不穩定與能源淨產出為負值等。台灣目前在生質能之研發,以生質柴油及生質酒精為主。
所謂的生質柴油是將動植物油脂或廢食用油(三酸甘油脂)經由轉酯化反應、中和、水洗及蒸餾等過程後,所生成的甲基酯類。生質柴油燃燒特性和石化柴油相近,但其燃燒更完全且不含硫,可有效減低黑煙、碳氫化物、粒狀污染物以及一氧化碳排放量;且因閃火點較石化柴油高,無論運送或儲存上均較為安全。其料源可由植物行光合作用而得,為符合能源效益的再生能源。
至於生質酒精,目前的主要原料為玉米澱粉與蔗糖等,其他尚包括木薯、甘薯、甜高梁、纖維質材料等,然而為避免耗損大量糧食原料,應以非糧食原料或無法作為糧食用途之部分為宜。基於前述考量,稻桿、稻殼、高梁桿、甘蔗渣、芒草、玉米穗軸等等富含纖維素之非糧食材料,被認為是較佳的生質能源原料。因此,如何將纖維轉化酒精是全世界注目的焦點,各國莫不投入大量經費研發,期能掌握先機,提昇轉化效能,以降低成本量產。
利用纖維素原料生產之酒精通稱為纖維素乙醇,富含纖維素的原料均可被用來作為纖維素乙醇的原料。如下圖所示, 目前生產纖維素乙醇的關鍵技術是使纖維素原料轉化為可醱酵性單糖的過程,其中利用酵素之技術尚處於五碳醣及六碳醣分離醱酵酒精之實驗階段,多項報告均指 出,2009 年以後才有商業化之可能,但是受到最近油價高漲的影響,各國發展進程都持續加速中。
(依據核研所纖維素產製酒精技術之研發《生質能源發展與應用研討會論文集》資料重製)
臺灣擁有完整的農業技術發展經驗,但在 2002 年加入世界貿易組織( WTO )後,衍生對農業的衝擊及休耕地、農民生計問題,在目前農業所處的困境當中,種植能源作物、生產生質燃料為一非常可行且重要的解決途徑,其中又以種植適合我國氣候的甘蔗、甘藷等能源作物生產生質酒精最具有競爭力。由於生質酒精可作為石油的替代燃料,有助於提高自主能源比例、確保國家能源安全;同時車輛使用酒精汽油可降低溫室氣體的排放,協助解決運輸部門的環境污染問題;且本土種植生產生質酒精可解決我國24萬公頃休耕地問題,活絡農村經濟、增加農村就業機 會,亦可結合榮邦政策至友邦種植,以促進海外投資與農經外交,對於能源安全、產業發展、環境保護及科技外交等均有所裨益。
國內研發與應用狀況
根據國際能源協會(IEA)在2004年的統計,生質酒精佔全球生質燃料使用量的90%以上。 目前世界各國的主要是將生質酒精摻合於汽油等燃料中,以降低原油的消耗量,同時減少二氧化碳的排放,緩和溫室效應對環境、氣候帶來的衝擊。
巴西是開發並積極利用生質能源的典範,它擁有廣達9000萬公頃待開發的可耕地,加上獨特的自然環境與氣候條 件,特別適宜種植乙醇和生物柴油的原料作物。根據巴西能源和礦業部統計,2004 年巴西可再生能源的消費比例為 43.9% 。該國自1970年代中期,為了擺脫對進口石油的過度依賴,實施了大規模的乙醇開發計畫。30 餘年來,該計畫不僅為巴西節約了大量用於進口石油的外匯,而且開發出不少新技術和新產品,從而形成了一條從甘蔗種植、乙醇產製、乙醇汽油一直到乙醇汽車和多燃料汽車的產業鏈,創造了大量的就業機會,並成為巴西新的經濟成長動力。目前巴西是全球第一大蔗糖酒精生產及出口國、第一大燃料用酒精消費國、第三大蔗糖消費國,每年產製150億公升酒精,外銷1,960萬噸蔗糖、31億公升酒精。
我國於2004年10月初在嘉義民雄工業區啟用全國首座「生質柴油示範廠」,每年產量約 3,000公噸,主要以廢食用油作為原料生產生質柴油,除供給一般柴油車輛及農機具使用,2006 年初開始,環保署的垃圾車全面改用生質柴油;該年底,高雄市營公車五十八線亦加入使用行列,未來,嘉義市與基隆市也會陸續加入「綠色公車」的環保行列。另 外,主管單位能源局表示,今( 2007 )年 7月會分別於南、北部各選定一縣市,在其境內的加油站,以補助差價的方式,全面供應生質柴油,試辦所謂「綠色縣市」計畫。明年 7 月起,則強制全國所有加油站,只能供應生質柴油B1( 柴油添加 1% 生質柴油 ),並計畫於2010年進一步推行生質柴油B2( 柴油添加2%生質柴油 )。至於生質酒精,則是自今年9月起,先行針對台北市公務車進行試辦,2009年擴大到高雄市,並自2011年起,開始強制全國加油站供給E3也就是含 3%酒精濃度的汽油。同時,期望到2010年發電燃油使用生質能源可以達到 10% 的目標。
在農業政策方面,農委會於 2006年辦理能源作物種植示範計畫,在雲林、嘉義及台南縣休耕農田種植大豆、向日葵及油菜,共計 1,721公頃;今年將擴大種植面積,預計春、秋二期作種植大豆共 3,280公頃、向日葵 1,240公頃,合計4,520公頃,較去年呈現倍數成長,而且種植地區除了原本的雲林縣、嘉義縣及台南縣外,新增台北縣、桃園縣,共有五縣加入,參與的農民也更多。除了發展生質柴油外,農委會今年預定試種可製造生質酒精的番薯 30公頃,產製的生質酒精將全數供應經濟部能源局推廣示範體系使用,台灣生質能源的發展將更為多元、完整。
海洋生質能的發展
台灣四面環海、地狹人稠,基於土地資源的囿限,積極開發適當的海洋生質能源作物顯然較種植陸基生質原料更為迫切及更具前景。有關這方面,目前最廣為研究的對象種為海藻。例如挪威嘗試萃取褐藻之澱粉及甘露醇成份,將其醱酵轉化為生質酒精;日本大量養殖馬尾藻來吸收二氧化碳與生產生質甲醇等。
比較不同的生質作物原料之單位面積產量與酒精轉化量,從下表可得知,甘蔗與海藻具有較高的單位生產量,分別為 每公頃 65與 50公噸;但若以每公頃面積的酒精產量而言,海藻估計可達 16,000公升,則遠比陸基作物平均不到8,000公升者高出許多;而且其生產成本也遠較陸地能源作物為低,顯示開發海洋生物資源-海藻作為生質能來源 具有相當潛力,不僅是解決我國能源短缺的重要途徑之一,亦可有助於促進漁業、工業與環保的協調發展。
生質酒精原料之生產量比較
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主要原料
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生質作物
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原料酒精轉化率 (公升/公噸)
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單位面積原料產 量 (公噸/公頃)
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單位面積酒精產 量(公升/公頃)
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糖質
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甘蔗
木薯 |
80
150 |
65
40 |
5,200
6,000 |
纖維素
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乾草
木材 |
340
300 |
9
12 |
3,100
3,500 |
纖維素及藻多醣
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海藻
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320
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50
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16,000
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資料來源 : 政府科技發展策略規劃報告, 行政院國家科學委員會(2006 年)
目前我國主要養殖的海藻以龍鬚菜較具規模,主要分布於台南安平及七股一帶。而在海藻生質能源的研究與推廣,則以核研所的計畫最具規模!目前已經著手執行的 委託合作計畫,包括:1. 與海洋大學合作建立巨藻石蓴養殖技術,生產藻類生質材料 ; 2. 配合台灣大學的人工瘤胃醱酵技術,建立海藻轉化生質酒精的關鍵技術 ; 3. 與中央大學合作 ,利用基因工程技術,進行纖維素水解基因工程菌的選殖,將石蓴轉化為生質酒精,並積極發展酒精產氫觸媒重組器系統。另外,根據國科會地球環境科技群組策略 規劃報告提出之海洋生質能產業科技發展藍圖,預計在未來十年內,將同時進行海藻轉化、培植技術之研發及海藻農場工程等研究工作。
生質能源永續發展
生質能符合永續經營的理念,並非僅以處理為滿足,而是把生質物資源化與能源化,兼具能源與環保雙重貢獻。同時,生質能的應用也極具經濟效益,可在政府適度的推動下,由民間業者投資經營,形成完整的體系,不僅可妥善解決地方的廢棄物問題,更能充分利用國內廢棄物資源,轉換為可用的能源,這對能源幾乎仰賴進口的我國將有極大的助益,也可為台灣永續發展建立良好的基礎。
(文章轉貼:行政院農業委員會水產試驗所 http://www.tfrin.gov.tw/friweb/frienews/enews0011/t1.html)
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