1、第第13章章 生質能生質能產業減廢與資源再生產業減廢與資源再生1大綱大綱n何謂生質能何謂生質能n生質能來源種類生質能來源種類n生質能轉換方式生質能轉換方式n生質能具有的優勢生質能具有的優勢n國內投資與推廣現況分析國內投資與推廣現況分析n國內研發推廣與市場現況國內研發推廣與市場現況n實例報導實例報導2n生質能生質能也稱為也稱為生物質能生物質能也是有機物，能直接或間接地充也是有機物，能直接或間接地充當燃料使用。是利用燃燒貯存於動植物或動物糞便的當燃料使用。是利用燃燒貯存於動植物或動物糞便的化化學能，釋放出熱能學能，釋放出熱能，我們以熱能推動發電機，產生，我們以熱能推動發電機，產生電力電力。n由於科
2、技越來越先進，我們可以運用不同方法甚至是更由於科技越來越先進，我們可以運用不同方法甚至是更節能的轉化過程，例如節能的轉化過程，例如氣化氣化及使用及使用厭氧分解厭氧分解，來產生生來產生生質能。質能。n以往油價未漲之前，生質能之未受重視，主要是因為生以往油價未漲之前，生質能之未受重視，主要是因為生質燃燒所產生之質燃燒所產生之熱量太少熱量太少且且能源密度低能源密度低。其實生質燃燒。其實生質燃燒所產生的熱值雖低，但因為燃料所產生的熱值雖低，但因為燃料價格低廉價格低廉，頗適用於，頗適用於家家庭及工商業庭及工商業其不需要高溫的加熱用途，如此可以節省價其不需要高溫的加熱用途，如此可以節省價昂的燃油費用。昂的
3、燃油費用。何謂生質能何謂生質能(1/2)3n檢視未來各種具有潛力之可能再生能源中，生質能能滿檢視未來各種具有潛力之可能再生能源中，生質能能滿足未來之能量需求，例如：足未來之能量需求，例如：家庭的需求、偏遠地區之開家庭的需求、偏遠地區之開發發或將石油之取代。或將石油之取代。n生質能是目前最廣泛使用的一種再生能源生質能是目前最廣泛使用的一種再生能源。n約佔世界所有再生能源應用的三分之二約佔世界所有再生能源應用的三分之二。 4何謂生質能何謂生質能(2/2)生質來源的種類生質來源的種類(1/4)n牲畜糞便牲畜糞便(乾燥後可直接燃燒供應熱能，經過處理可做為肥料使乾燥後可直接燃燒供應熱能，經過處理可做為肥
4、料使用用)n農作物殘渣農作物殘渣 (主要有玉米、稻、麥、甘蔗、樹薯、大豆、花生、馬主要有玉米、稻、麥、甘蔗、樹薯、大豆、花生、馬鈴薯等鈴薯等)n薪柴薪柴 (把植物當做燃料來燒，木材是最佳用料把植物當做燃料來燒，木材是最佳用料)n 製糖作物製糖作物 (甘蔗甘蔗 榨汁榨汁 用酵母用酵母/細菌發酵細菌發酵轉化成乙醇轉化成乙醇, 即液體即液體酒精作能源酒精作能源 )5生質來源的種類生質來源的種類(2/4)n城市垃圾城市垃圾(直接燃燒可產生熱能，或經過處理可製成燃料使用直接燃燒可產生熱能，或經過處理可製成燃料使用 )n種植能源作物種植能源作物 (包括快速成長作物樹木、糖與澱粉作物包括快速成長作物樹木、糖
5、與澱粉作物(供製造乙醇供製造乙醇)、含油與碳氫化合作物、水生植物含油與碳氫化合作物、水生植物 )n水生植物水生植物 (利用水生植物轉化成燃料，有作為甲烷來源的潛力利用水生植物轉化成燃料，有作為甲烷來源的潛力 ) 6n優點：優點：1生質能所使用的原料來源豐富。生質能所使用的原料來源豐富。2生產技術簡單。生產技術簡單。3最適合少量地區使用。最適合少量地區使用。4所需的溫度不高，約所需的溫度不高，約535。5不會造成空氣污染。不會造成空氣污染。n缺點：缺點：1轉換效率低。轉換效率低。2種植原料所需約土地很大種植原料所需約土地很大(台灣沒地台灣沒地)。3原料含水量高。原料含水量高。7生質來源的種類生質
6、來源的種類(3/4)生質來源的種類生質來源的種類(4/4) )收割後之稻草收割後之稻草向日葵向日葵甘蔗田收割甘蔗田收割( (資料資料來源來源: :奇摩圖片奇摩圖片) )城市垃圾城市垃圾( (資料資料來源來源: :奇摩圖片奇摩圖片) )8n 生質轉化在求有用的物質和能量，所採轉化方法，視生質轉化在求有用的物質和能量，所採轉化方法，視生質生質成分而定成分而定。9生質能轉換方式生質能轉換方式(1/4)較成熟的轉化技術，可處理多種有機較成熟的轉化技術，可處理多種有機 物質，把物質，把含碳物質含碳物質，如生質物廢棄物，如生質物廢棄物 或煤炭等，或煤炭等，轉換成以氣態燃料為主轉換成以氣態燃料為主可可 供利
7、用的能源。供利用的能源。經經氣化反應氣化反應所產生的所產生的可燃氣體可燃氣體包括一包括一 氧化碳、氫氣、甲烷等，可作為氧化碳、氫氣、甲烷等，可作為鍋爐鍋爐 與發電機組的燃料與發電機組的燃料氣化所生產的氣化所生產的燃氣燃氣，也可，也可轉化為甲醇轉化為甲醇， 使用在燃料電池中使用在燃料電池中n 熱轉換熱轉換氣化氣化/裂解裂解 (液化液化)10生質能轉換方式生質能轉換方式(2/4)直接燃燒技術直接燃燒技術把廢棄物直接燃燒以產生把廢棄物直接燃燒以產生熱能與電力熱能與電力如現有的大型垃圾焚化廠，以如現有的大型垃圾焚化廠，以焚化垃圾發電焚化垃圾發電 化學生物轉換技術化學生物轉換技術經經醱酵、轉酯化醱酵、轉
8、酯化等生物化學轉換程序以產生等生物化學轉換程序以產生沼氣沼氣 、酒精、酒精、 生質柴油、氫氣等，作為生質柴油、氫氣等，作為引擎、發電機與燃料電池引擎、發電機與燃料電池的燃料的燃料 11生質能轉換方式生質能轉換方式(3/4)水解水解/酸解酸解 把含把含澱粉質澱粉質/纖維質纖維質較多的生質，用較多的生質，用酸分解酸分解成小分子，再成小分子，再轉化轉化 成醣成醣，以製酒精，以製酒精酒精酒精可以用做可以用做燃料及飼料燃料及飼料(甜薯、五榖及馬玲薯發酵而得甜薯、五榖及馬玲薯發酵而得 )沼氣利用技術沼氣利用技術能能處理脂肪處理脂肪、纖維素、蛋白質，使之、纖維素、蛋白質，使之轉化成沼氣轉化成沼氣處理動物排泄
9、物處理動物排泄物，污水、食品、乳酪、醬油等廢液，污水、食品、乳酪、醬油等廢液 污泥可當肥料污泥可當肥料，同時可消減廢料中所帶的細菌和病毒，同時可消減廢料中所帶的細菌和病毒 12生質能轉換方式生質能轉換方式(4/4)生質能具有的優勢生質能具有的優勢1.技術成熟有商業化運轉能力。技術成熟有商業化運轉能力。2.經濟效益較高，使用廢棄物的生質能，更兼具處理廢棄經濟效益較高，使用廢棄物的生質能，更兼具處理廢棄物與回收能源的雙重效益。物與回收能源的雙重效益。3.生質能可利用傳統能源供應架構，例如生質柴油可與市生質能可利用傳統能源供應架構，例如生質柴油可與市售柴油混合使用，氣化系統可與汽電共生或複循環發電售
10、柴油混合使用，氣化系統可與汽電共生或複循環發電系統結合。系統結合。13台灣地區台灣地區1999年生質年生質能應用推估約能應用推估約90萬公萬公秉油量，佔全部再生秉油量，佔全部再生能源的能源的82.5，佔總，佔總能源供應量約能源供應量約0.9。其中主要來源為垃圾其中主要來源為垃圾焚化發電，其他生質焚化發電，其他生質能包括蔗渣、稻殼、能包括蔗渣、稻殼、沼氣、紙漿黑液等項。沼氣、紙漿黑液等項。1998年年5月行政院召開全月行政院召開全國能源會議，對再生能源國能源會議，對再生能源的推廣作出具體結論，設定的推廣作出具體結論，設定在在2020年再生能源佔能源供年再生能源佔能源供應的應的3的目標。該次會議的
11、目標。該次會議後並邀集專家學者成立新後並邀集專家學者成立新能源及淨潔能源研究開發規能源及淨潔能源研究開發規劃小組，該小組就農業、劃小組，該小組就農業、都市、工業廢棄物的能源利都市、工業廢棄物的能源利用、酒精汽油、生物製氫、用、酒精汽油、生物製氫、能源作物、林木資源、生質能源作物、林木資源、生質柴油等項目在台灣地區的應柴油等項目在台灣地區的應用潛力進行推估用潛力進行推估其結果顯示，前述生其結果顯示，前述生質能在質能在2010年與年與2020年的供應潛力可達年的供應潛力可達3百 萬 公 秉 油 當 量 與百 萬 公 秉 油 當 量 與56百萬公秉油當量，百萬公秉油當量，分別佔該年再生能源分別佔該年
12、再生能源總潛力的總潛力的52與與45。國內投資與推廣現況分析國內投資與推廣現況分析 n國內廠商於國內廠商於基隆基隆、桃園桃園、彰化彰化、台南台南、高雄高雄、南投南投( (健健強、益泰、愛土、龍華、安順、高鑫昌等強、益泰、愛土、龍華、安順、高鑫昌等) ) 建立廢塑膠建立廢塑膠或廢輪胎裂解或廢輪胎裂解( (發電發電) )廠，投資額預計約廠，投資額預計約1212億元億元。國內廠。國內廠商商( (永豐餘永豐餘) )於於新屋新屋建立廢棄物氣化廠，投資額預計建立廢棄物氣化廠，投資額預計1010億億元元。國內掩埋場與食品廠。國內掩埋場與食品廠( (統一等統一等) )設立沼氣發電廠投資設立沼氣發電廠投資額約額
13、約1010億元億元，掩埋廠設立衍生燃料示範廠，掩埋廠設立衍生燃料示範廠( (花蓮縣花蓮縣) )，投，投資額約資額約2 2億元億元。n雲林雲林預計建立預計建立稻殼發電廠稻殼發電廠，投資額約，投資額約6億元億元，由以上分，由以上分析可知，生質能之廠商投資日益增加，總投資額預計達析可知，生質能之廠商投資日益增加，總投資額預計達40億元億元，且大多為本土研發之技術與設備，以中小型規，且大多為本土研發之技術與設備，以中小型規模發展與建立，故生質能之發展應以研發模發展與建立，故生質能之發展應以研發本土技術本土技術與與設設備備為重點。為重點。14國內研發推廣與市場現況國內研發推廣與市場現況(1/4)n台灣地
14、區可生產沼氣之廢棄生質來源包括畜牧業、垃圾台灣地區可生產沼氣之廢棄生質來源包括畜牧業、垃圾掩埋場、食品業、農產廢棄物、生活廢水及部份有機工掩埋場、食品業、農產廢棄物、生活廢水及部份有機工業廢水等，潛能相當豐富，據估算達業廢水等，潛能相當豐富，據估算達69x108m3/年年。沼氣。沼氣若末善加利用而任其排放，不但造成能源之浪費若末善加利用而任其排放，不但造成能源之浪費(沼氣熱沼氣熱值約值約50005500K cal/m3)，亦會對環境產生破壞，亦會對環境產生破壞(沼氣主要沼氣主要成份為成份為甲烷甲烷，造成地球臭氧層破洞元素之一，造成地球臭氧層破洞元素之一)，此值得加，此值得加以重視並設法利用。以
15、重視並設法利用。 n沼氣利用方面，畜產試驗所曾從事沼氣利用方面，畜產試驗所曾從事沼氣灶沼氣灶、沼氣燈沼氣燈、熱熱水器水器、剪草機剪草機、抽水機抽水機、小型搬運車小型搬運車、沼氣純化沼氣純化、沼氣沼氣壓縮裝瓶壓縮裝瓶、汽車汽車、發電發電等多項用途之研究及開發。等多項用途之研究及開發。n工業廢水沼氣在利用上，大都採用沼氣發電型式，由於工業廢水沼氣在利用上，大都採用沼氣發電型式，由於供電量不足廠區需求，通常只視為輔助電力用途，例如供電量不足廠區需求，通常只視為輔助電力用途，例如亞洲化學亞洲化學、豐年公司豐年公司等。等。 15n另外，工業技術研究院能源與資源研究所也曾從事沼氣發另外，工業技術研究院能源
16、與資源研究所也曾從事沼氣發電工程研發、推廣電工程研發、推廣併聯式沼氣發電機併聯式沼氣發電機與建立與建立水洗式沼氣純水洗式沼氣純化應用技術化應用技術，開發完成，開發完成15HP、25HP及及40HP三種小型併聯三種小型併聯式沼氣發電機，並技術轉移給廠商，全省推廣式沼氣發電機，並技術轉移給廠商，全省推廣350多台，多台，發電容量達發電容量達6500kW，目前則推廣，目前則推廣100HP以上以上中型機組。中型機組。n養豬業目前對沼氣大都用於養豬廠之輔助能源，例如養豬業目前對沼氣大都用於養豬廠之輔助能源，例如沼氣沼氣發電用於飼料之加工發電用於飼料之加工、混合及廢水處理廠之操作混合及廢水處理廠之操作、仔
17、豬保仔豬保溫燈溫燈、焚化爐焚化爐和和煮水煮水等用途。等用途。n沼氣在垃圾掩埋廠之利用上，大都採用沼氣在垃圾掩埋廠之利用上，大都採用沼氣發電型式沼氣發電型式，如，如山豬窟垃圾掩埋廠，沼氣發電容量高達山豬窟垃圾掩埋廠，沼氣發電容量高達5000kW，供應廠，供應廠區用電外，並將多餘電力出售。區用電外，並將多餘電力出售。16國內研發推廣與市場現況國內研發推廣與市場現況(2/4)國內研發推廣與市場現況國內研發推廣與市場現況(3/4)n綠色能源量產生質柴油綠色能源量產生質柴油 挑中痲瘋樹挑中痲瘋樹痲瘋樹可以變油田？中油公司預計明年在印尼投痲瘋樹可以變油田？中油公司預計明年在印尼投入入2.5億美元，種植億美
18、元，種植10萬公頃痲瘋樹，若生長狀況理想，萬公頃痲瘋樹，若生長狀況理想，將可年產卅萬噸的生質柴油，供國內需求或外銷；此將可年產卅萬噸的生質柴油，供國內需求或外銷；此外，痲瘋樹的根莖葉成分發現具有抗癌物質，可發展外，痲瘋樹的根莖葉成分發現具有抗癌物質，可發展高單價的醫療產品。高單價的醫療產品。目前中油公司已在雲林、嘉義、台南、花蓮、台東等目前中油公司已在雲林、嘉義、台南、花蓮、台東等地進行種苗培育，尋找含油率高、產量大的優良品種，地進行種苗培育，尋找含油率高、產量大的優良品種，明年開始在印尼栽種。中油公司副總陳綠蔚表示，一明年開始在印尼栽種。中油公司副總陳綠蔚表示，一開始發展生質柴油時就將料源設
19、定為非糧食作物，若開始發展生質柴油時就將料源設定為非糧食作物，若使用大豆、黃豆等作物作為料源，一旦大量生產就會使用大豆、黃豆等作物作為料源，一旦大量生產就會造成與民爭糧，價格上漲的連動關係，因此在煉製研造成與民爭糧，價格上漲的連動關係，因此在煉製研究所數年的研究下，選用痲瘋樹作為生質柴油料源。究所數年的研究下，選用痲瘋樹作為生質柴油料源。17國內研發推廣與市場現況國內研發推廣與市場現況(4/4)痲瘋樹的痲瘋樹的種子含油率種子含油率30至至35，經過經過轉酯化轉酯化後可得到後可得到高安全、低冷凝點、潤滑度佳的高安全、低冷凝點、潤滑度佳的生質柴油生質柴油，且燃燒後，且燃燒後產生的有毒廢氣也較少，減
20、低碳的排放量，產生的有毒廢氣也較少，減低碳的排放量，種子榨油種子榨油後的果殼及殘渣更可作為有機肥料的來源後的果殼及殘渣更可作為有機肥料的來源。目前從痲瘋樹提煉柴油的成本仍高，因此發展出高單目前從痲瘋樹提煉柴油的成本仍高，因此發展出高單價的附加產品具挑戰性，煉研所研究發現價的附加產品具挑戰性，煉研所研究發現痲瘋樹的根痲瘋樹的根、莖、葉、樹皮莖、葉、樹皮含有胜月太類含有胜月太類(peptides)與毒蛋白與毒蛋白(curcin)，可抑制胃癌與肝癌細胞，也可分離出黃酮類，可消腫可抑制胃癌與肝癌細胞，也可分離出黃酮類，可消腫去瘀、止血止癢，去瘀、止血止癢，具有高度醫療價值具有高度醫療價值。各國均以政策
21、。各國均以政策輔助方式推動綠色能源的發展，國際大型石油公司也輔助方式推動綠色能源的發展，國際大型石油公司也在亞洲地區的中國大陸、印度及東南亞等地種植痲瘋在亞洲地區的中國大陸、印度及東南亞等地種植痲瘋樹，各界看好它的發展潛力。樹，各界看好它的發展潛力。18國外生質能應用現況國外生質能應用現況(1/2)n截至截至2001年止生質能供應全球約年止生質能供應全球約14的初級能源，其中的初級能源，其中亞洲（不含中國大陸）占亞洲（不含中國大陸）占34.2；非洲占；非洲占 23.9，中國，中國大陸占大陸占20.5；經濟合作發展組織會員國（含歐美澳日；經濟合作發展組織會員國（含歐美澳日等等 20 國）則占國）
22、則占13。生質能約占全世界再生能源利用的生質能約占全世界再生能源利用的 80。n以歐洲聯盟為例，至以歐洲聯盟為例，至2001年歐盟生質能總產量占其再生年歐盟生質能總產量占其再生能源的能源的 63，由於歐盟國家森林資源豐富，加上政府不，由於歐盟國家森林資源豐富，加上政府不斷投入經費發展生質能發電的技術，預期至斷投入經費發展生質能發電的技術，預期至2010年年，生生質能源占再生能源的比率將增加至質能源占再生能源的比率將增加至 74。19國外生質能應用現況國外生質能應用現況(2/2)n利用生質物發電的電量亦將由一九九五年的利用生質物發電的電量亦將由一九九五年的 22.5 TWh（109 千瓦小時）增
23、加至千瓦小時）增加至2010年的年的 230 TWh，占再生能，占再生能源發電的源發電的 26.4。n另據統計另據統計至至2050年年時，全世界將有時，全世界將有 90 的人口仍多居的人口仍多居住在開發中國家，因此生質能的需求將大幅增加，預住在開發中國家，因此生質能的需求將大幅增加，預計至計至2050年時，年時，生質能將提供全世界將近生質能將提供全世界將近 38 的燃料的燃料需求及需求及 17 的電力供應的電力供應。20實例報導實例報導 72年來大發明年來大發明 玉米田取代油田玉米田取代油田 聯合報聯合報編譯彭淮棟綜合報導編譯彭淮棟綜合報導2007.06.10 02:12 am美國化學巨擘美國
24、化學巨擘杜邦公司和英國農業加工大廠杜邦公司和英國農業加工大廠Tate & Lyle合合資以資以玉米製造生質聚合物玉米製造生質聚合物，取代石油提煉的聚合物，品質，取代石油提煉的聚合物，品質優於石化聚合物，環保且經濟，用途又廣泛，這項生物科優於石化聚合物，環保且經濟，用途又廣泛，這項生物科技被譽為一九三五年尼龍問世以來最重要的發明，玉米田技被譽為一九三五年尼龍問世以來最重要的發明，玉米田未來可望取代油田。未來可望取代油田。21生質酒精生質酒精22生質酒精的定義生質酒精的定義(1/5)n生質酒精生質酒精(Bio-ethanol)，也可叫做，也可叫做生物乙醇生物乙醇，就是利用，就是利用微生物發酵微生物
25、發酵把生質（把生質（biomass）中的）中的醣分轉化所得到的醣分轉化所得到的酒精酒精。生質酒精其實就是乙醇，分子式是。生質酒精其實就是乙醇，分子式是CH3CH2OH，和由石化原料生產的乙醇相同，差別只在於原料的，和由石化原料生產的乙醇相同，差別只在於原料的不同。不同。n生質指來自生物體的非石化有機物，一般所指的生質生質指來自生物體的非石化有機物，一般所指的生質通常是通常是植物藉由光合作用產生的含碳化合物植物藉由光合作用產生的含碳化合物。n做為汽油的替代燃料，生質酒精通常以做為汽油的替代燃料，生質酒精通常以5 15 和汽和汽油混合，油混合，可在不修改現有汽車引擎的情況下使用，也可在不修改現有汽
26、車引擎的情況下使用，也可以完全替代汽油做為汽車燃料。可以完全替代汽油做為汽車燃料。n添加添加5和和10酒精的汽油就分別稱為酒精的汽油就分別稱為E5 和和E10，美國，美國有有E85汽油，也就是含酒精汽油，也就是含酒精85和汽油和汽油15的混合燃料的混合燃料。23生質酒精的定義生質酒精的定義(2/5)n使用使用生質酒精的汽油辛烷值高且較潔淨生質酒精的汽油辛烷值高且較潔淨。此外，汽車。此外，汽車引擎引擎燃燒的酒精燃燒的酒精是由是由二氧化碳（二氧化碳（CO2）經植物光合作用）經植物光合作用轉化的生質而來轉化的生質而來，形成封閉系統，在這個系統中循環，形成封閉系統，在這個系統中循環利用利用CO2，淨排
27、放量是零。，淨排放量是零。n早在早在1970年代石油危機時，巴西、美國就積極投入生年代石油危機時，巴西、美國就積極投入生質酒精工業的發展，近年來在質酒精工業的發展，近年來在CO2超量排放、全球氣候超量排放、全球氣候暖化、國際原油供需不穩定和價格持續上漲等因素影暖化、國際原油供需不穩定和價格持續上漲等因素影響下，有越來越多的國家投入。響下，有越來越多的國家投入。2006年全球的生質酒年全球的生質酒精產量約精產量約4千萬公秉。千萬公秉。生質酒精的年產量生質酒精的年產量約為生質燃料約為生質燃料總總產量的產量的80%。兩者年生產量將近全球總生質酒精產。兩者年生產量將近全球總生質酒精產量的量的88%。至
28、。至2020年止，預估全球生質酒精年產量可年止，預估全球生質酒精年產量可達達1,600億公升以上億公升以上。24生質酒精的定義生質酒精的定義(3/5)25光合作用光合作用分解及發酵分解及發酵CO2生質酒精工廠生質酒精工廠生質酒精使得生質酒精使得CO2 循環循環利用成為封閉系統，在利用成為封閉系統，在這個系統中，這個系統中，CO2 可循可循環利用。環利用。生質酒精的定義生質酒精的定義(4/5)26860億公升億公升至至2020年時美洲國家仍會是全球主要的生質酒精生產地區，但於全年時美洲國家仍會是全球主要的生質酒精生產地區，但於全球生質酒精產量的比例將球生質酒精產量的比例將 由目前的由目前的91%
29、略降低至略降低至87%左右，取而代左右，取而代之的是中國、印度等亞太地區國家的生質酒精年產之的是中國、印度等亞太地區國家的生質酒精年產 量將會大幅成長，量將會大幅成長，尤其亞太地區恐會出現生質酒精供不應求的情形。尤其亞太地區恐會出現生質酒精供不應求的情形。生質酒精的定義生質酒精的定義(5/5)27生質酒精的原料生質酒精的原料(1/2)n巴西以甘蔗為原料巴西以甘蔗為原料，美國則以玉米為主美國則以玉米為主，生產生質酒，生產生質酒精，甘蔗和玉米分別是精，甘蔗和玉米分別是糖質和澱粉質作糖質和澱粉質作物。物。n除了上述兩者之外，做為生質酒精原料的作物也包括除了上述兩者之外，做為生質酒精原料的作物也包括大
30、麥、大麥、小麥、燕麥、稻米等穀類，還有甜菜、甜高粱小麥、燕麥、稻米等穀類，還有甜菜、甜高粱，以及，以及木薯、甘藷等木薯、甘藷等。n最近幾年的發展是以最近幾年的發展是以非糧食作物為原料非糧食作物為原料來生產酒精，來生產酒精，也就是以也就是以木質纖維素或纖維質木質纖維素或纖維質做為生質酒精的原料，做為生質酒精的原料，包括穀類包括穀類農作物廢棄物如麥稈、稻稈、玉米稈等農作物廢棄物如麥稈、稻稈、玉米稈等，以，以及農業、都市和建築廢棄物，如及農業、都市和建築廢棄物，如蔗渣、舊報紙、木屑蔗渣、舊報紙、木屑、廢木材等，、廢木材等，或者成長快速的或者成長快速的纖維質作物纖維質作物，如，如芒草、芒草、狼尾草、柳
31、枝稷等，甚至包括海藻類狼尾草、柳枝稷等，甚至包括海藻類。28生質酒精的原料生質酒精的原料(2/2)29製造程序和技術製造程序和技術(1/5)n第第1類製造技術類製造技術是是糖質原料糖質原料，如甘蔗，甜高梁等富，如甘蔗，甜高梁等富含簡單的醣類含簡單的醣類。利。利用甘蔗和甜高粱的用甘蔗和甜高粱的莖壓榨成汁後莖壓榨成汁後，可直接經，可直接經酵母菌發酵母菌發酵酵製成約製成約13 17的的含水酒精含水酒精，再經過，再經過蒸餾蒸餾提高濃度提高濃度到到95，最後經過，最後經過分子篩脫除水分分子篩脫除水分成無水酒精。成無水酒精。榨汁榨汁剩餘的廢棄物剩餘的廢棄物除可除可燃燒生產高溫蒸氣燃燒生產高溫蒸氣提供提供蒸
32、餾時蒸餾時所需能源所需能源，甚至以汽電共生方式發電降低成本外，也，甚至以汽電共生方式發電降低成本外，也可成為可成為纖維酒精的原料纖維酒精的原料。30製造程序和技術製造程序和技術(2/5)n第第2 類製造技術類製造技術是是澱粉質原料，如小麥澱粉質原料，如小麥、玉米、木薯、甘藷等，澱粉、玉米、木薯、甘藷等，澱粉含量分別約為含量分別約為70 75、60 70、25 30和和15 20。這些作物須先經前處理步驟使澱粉釋放出來，而這些作物須先經前處理步驟使澱粉釋放出來，而澱粉澱粉是一種是一種聚合醣聚合醣，須經，須經液化、醣化液化、醣化步驟分解成可發酵的步驟分解成可發酵的單醣（葡萄糖）單醣（葡萄糖），隨後
33、的，隨後的發酵、蒸餾發酵、蒸餾製程則和糖質酒製程則和糖質酒精一樣，這類酒精稱為澱粉質酒精。精一樣，這類酒精稱為澱粉質酒精。東南亞的國家大多以木薯為原料，美國和墨西哥則以東南亞的國家大多以木薯為原料，美國和墨西哥則以玉米為原料。玉米為原料。31製造程序和技術製造程序和技術(3/5)32製造程序和技術製造程序和技術(4/5)n第第3 類製造技術類製造技術是是纖維質原料纖維質原料，多半是，多半是農業廢棄物農業廢棄物，是由，是由纖維素纖維素（約（約占占38 50）、）、半纖維素半纖維素（約占（約占23 32）及）及木質素木質素（約占（約占15 25）三者所組成。其中）三者所組成。其中纖維素是長鏈狀纖維
34、素是長鏈狀的高分子結構，和澱粉一樣，是由葡萄糖所構成，但的高分子結構，和澱粉一樣，是由葡萄糖所構成，但兩者結構不同。兩者結構不同。半纖維素則是短分子鏈半纖維素則是短分子鏈的結構，是由的結構，是由多種糖類單體組成，多種糖類單體組成，以五碳糖居多以五碳糖居多。不同農業廢棄物的組成也不同，製程上先經不同農業廢棄物的組成也不同，製程上先經化學或物化學或物理方法處理理方法處理，破壞植物的細胞壁並把半纖維素，破壞植物的細胞壁並把半纖維素降解為降解為五碳糖五碳糖，再以適當的，再以適當的酵素水解酵素水解把纖維素把纖維素降解成六碳糖降解成六碳糖，最後經酒精發酵把五碳糖和六碳糖，最後經酒精發酵把五碳糖和六碳糖轉化
35、成酒精轉化成酒精。酵素水解剩下的酵素水解剩下的木質素木質素則以汽化發電方式產生能源，則以汽化發電方式產生能源，提供提供後段蒸餾後段蒸餾所需的能源。所需的能源。33製造程序和技術製造程序和技術(5/5)34n 不同農作物之木質素含量比例不同農作物之木質素含量比例 資料來源：資料來源： (洪永杰、許博爾，洪永杰、許博爾，2005) 纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(1/9)n以農林廢棄物做為原料生產酒精，更符合經濟效益和以農林廢棄物做為原料生產酒精，更符合經濟效益和環保要求。但目前纖維酒精的成本較高。環保要求。但目前纖維酒精的成本較高。n植物細胞壁的纖維素是由葡萄糖聚合而成的植物細胞壁的纖維素是由
36、葡萄糖聚合而成的線性長鏈線性長鏈分子分子，和半纖維素、木質素、果膠質等互相纏繞在一，和半纖維素、木質素、果膠質等互相纏繞在一起。除此之外，植物尚有起。除此之外，植物尚有表皮組織表皮組織，上面含有，上面含有保護的保護的腊質腊質。在利用纖維素分解酶把纖維素水解為葡萄糖時。在利用纖維素分解酶把纖維素水解為葡萄糖時，除有木質素和半纖維素的纏繞阻撓之外，由於纖維，除有木質素和半纖維素的纏繞阻撓之外，由於纖維素本身素本身晶體結構的問題晶體結構的問題，使得，使得酵素不容易接近它的表酵素不容易接近它的表面面，造成，造成分解效率緩慢。分解效率緩慢。因此須透過因此須透過前處理步驟前處理步驟去除去除木質素並溶解半纖
37、維素，木質素並溶解半纖維素，提高提高纖維素和酵素的纖維素和酵素的接觸面接觸面積積，加快分解速率。以稻草稈為例，若直接使用未處，加快分解速率。以稻草稈為例，若直接使用未處理的稻草稈和酵素反應，水解率不到理的稻草稈和酵素反應，水解率不到10。35纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(2/9)n前處理方法前處理方法(1/2)大致可分為大致可分為物理法、物理化學法、化學法、生物法物理法、物理化學法、化學法、生物法等等。物理法主要是物理法主要是粉碎原料讓顆粒變小粉碎原料讓顆粒變小，增加酵素的，增加酵素的接觸接觸表面積表面積，並，並破壞破壞纖維素的纖維素的晶體結構晶體結構，耗能較大耗能較大。物理化學法包括物理
38、化學法包括高溫熱水或蒸氣處理高溫熱水或蒸氣處理，後者包括蒸氣，後者包括蒸氣爆裂法、氨爆裂法和爆裂法、氨爆裂法和CO2爆裂法，主要是爆裂法，主要是利用蒸氣利用蒸氣讓原讓原料處於料處於高溫、高壓高溫、高壓一段時間後，可使一段時間後，可使木質素軟化木質素軟化，再，再瞬間瞬間洩壓洩壓，纖維素，纖維素晶體便會爆裂晶體便會爆裂。蒸氣爆裂法耗能低。蒸氣爆裂法耗能低，但會產生，但會產生對發酵有害的物質對發酵有害的物質，氨爆裂法雖不會產生，氨爆裂法雖不會產生有害物質，但是半纖維素並不會分解，因此須再投入有害物質，但是半纖維素並不會分解，因此須再投入半纖維素分解酵素進行水解，而半纖維素分解酵素進行水解，而CO2爆
39、裂的效果較差。爆裂的效果較差。36纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(3/9)n前處理方法前處理方法(2/2)化學方法化學方法則包括：則包括：(1)鹼處理法鹼處理法：利用鹼溶液溶解木質：利用鹼溶液溶解木質素；素；(2)稀酸前處理法稀酸前處理法：稀酸可使半纖維素水解成為單：稀酸可使半纖維素水解成為單糖，使得結構鬆散。糖，使得結構鬆散。生物法生物法通常是利用通常是利用腐生真菌腐生真菌，如白腐真菌，把生質原，如白腐真菌，把生質原料的木質素移除，這是利用真菌的料的木質素移除，這是利用真菌的木質素過氧化酶降木質素過氧化酶降解木質素解木質素。其他包括多酚氧化酶、漆酶等也能降解木。其他包括多酚氧化酶、漆酶等也
40、能降解木質素。質素。把纖維素從細胞壁中釋放出來需要有前處理步驟，傳把纖維素從細胞壁中釋放出來需要有前處理步驟，傳統上以統上以高溫高壓或酸鹼處理高溫高壓或酸鹼處理為主，不但為主，不但耗能而且會產耗能而且會產生大量的廢水生大量的廢水，因此，因此生物處理法是發展的方向生物處理法是發展的方向。最好。最好是利用各種分解酵素除去木質素和其他成分，並使纖是利用各種分解酵素除去木質素和其他成分，並使纖維素和半纖維素分解為單糖以利發酵。維素和半纖維素分解為單糖以利發酵。37纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(4/9)n纖維素分解纖維素分解把生質中的把生質中的聚合醣分解為可發酵的單糖聚合醣分解為可發酵的單糖，是生質
41、酒精，是生質酒精發酵的首要步驟。發酵的首要步驟。纖維素的分解酵素是製造纖維酒精纖維素的分解酵素是製造纖維酒精的主要成本所在的主要成本所在。Novozymes（總部位於丹麥）和（總部位於丹麥）和Genenco（美國加州），在美國能源部的經費補助和國（美國加州），在美國能源部的經費補助和國家再生能源實驗室（家再生能源實驗室（NREL）支援下，分別研發出）支援下，分別研發出遺傳遺傳基因工程菌體，基因工程菌體，能大量生產有效分解纖維素的纖維素能大量生產有效分解纖維素的纖維素分解酶。分解酶。38纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(5/9)n乙醇發酵乙醇發酵工業上主要用來發酵產生酒精的微生物是工業上主要用來
42、發酵產生酒精的微生物是啤酒酵母和啤酒酵母和革蘭式陰性菌革蘭式陰性菌，但這兩種酒精生產菌只能代謝葡萄糖，但這兩種酒精生產菌只能代謝葡萄糖、果糖和蔗糖，、果糖和蔗糖，無法消化利用半纖維素的分解產物木無法消化利用半纖維素的分解產物木糖、阿拉伯糖等五碳糖糖、阿拉伯糖等五碳糖。普渡大學的普渡大學的何南西（何南西（Nancy Ho）博士）博士，已成功利用基，已成功利用基因重組技術把能代謝木糖的因重組技術把能代謝木糖的基因轉殖到上述兩種微生基因轉殖到上述兩種微生物中，物中，使它們能同時把五碳糖（木糖）和六碳糖（葡使它們能同時把五碳糖（木糖）和六碳糖（葡萄糖）轉化為酒精。萄糖）轉化為酒精。美國佛羅里達大學美國
43、佛羅里達大學恩格倫（恩格倫（Ingram）教授則是把革蘭）教授則是把革蘭式陰性菌代謝得到酒精的兩個基因選殖到大腸桿菌式陰性菌代謝得到酒精的兩個基因選殖到大腸桿菌，所構築的所構築的E. coli KO11也可把葡萄糖和木糖轉化為酒精也可把葡萄糖和木糖轉化為酒精。39纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(6/9)40纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(7/9)41n 纖維素製造乙醇之流程圖纖維素製造乙醇之流程圖 纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(8/9)42n 木質纖維素製造乙醇木質纖維素製造乙醇 資料來源：資料來源： (蔡信行，蔡信行， 2004) 纖維酒精製程簡介纖維酒精製程簡介(9/9)43酒精發酵的操作酒精發酵的操作
