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海洋綠金-利用海藻生產生質酒精

水產試驗所 范繼中‧李雅琳‧吳純衡

一、前言

  台灣週邊海域擁有豐富的海藻資源,海藻的主成分碳水化合物佔50~70%,為纖維素及海藻多醣所組成,可經由轉化處理生產生質酒精,作為汽車燃料之用。目前全球石油日趨耗竭,各國均積極開發替代能源,以海藻產製生質酒精的研發與日俱增,因此,海藻很有可能成為大海中的另類能源礦。目前國內產量較大、利用率較高的海藻有龍鬚菜及馬尾藻。龍鬚菜是養殖九孔的飼料,也是提煉洋菜的重要原料,在台灣嘉南沿海一帶養殖已有多年歷史,生物量最高可達47噸濕重/公頃。馬尾藻含有高經濟價值的褐藻膠成份,依據本會水產試驗所東港生技研究中心調查,南部沿近海區域的馬尾藻,生物量可達70噸濕重/公頃。因此,如何善用我們的海洋資源,充分利用海藻開發產製生質酒精,是刻不容緩的課題。   

二、目前生質能源生產遭遇的問題

  目前工業上最廣泛生產生質酒精的製程,是由碳水化合物轉化成可發酵糖,再以酵母菌發酵生產,主要原料是甘蔗汁或是玉米澱粉(其水解糖液),就長期發展看來,種植甘蔗、玉米等農業作物轉換能源,需要栽種龐大的耕地面積,因而限制了其他糧食作物的生產。2007年聯合國糧農組織(Food and Agriculture Organization)年度報告:目前大量使用穀類作物、糖,以滿足迅速擴大的生質燃料工業需求,是驅使農產品價格上漲的主因之一。穀物價格的漲幅已令貧窮國家難以負擔,目前全球有36個國家正面臨糧食危機。

  美國康乃爾大學2001年研究報告,玉米生產酒精所耗費的成本尚高,從玉米生長、收成到轉化成酒精,所需的能量是產出酒精能量的1.7倍,因此,開發其它原料以及更有效率的生產模式,是備受關注的議題。生質酒精的生產如果使用澱粉、醣類作為原料,當原料需求量增加時,勢必影響相關農產品的產量及價格,因此,必須選擇不與農作物爭地的原料,才能避免糧食價格上揚的經濟問題發生。

三、海藻產製生質酒精的優勢與開發現況

  目前開發的生質能源原料-海藻,已逐漸成為目光的焦點。海藻生長快速,光合作用效率約6~8%,高於陸生植物的1.8~2.2%,在海中立體生長,不會與糧食作物競爭陸地資源,所以被認為是最具有發展潛力的生質能源原料之ㄧ。海藻和陸生作物相較,除了高產量、不佔用陸地面積之外,海中浮力抵銷重力的因素,海藻纖維素分子(大約以160個葡萄糖鏈結)小於陸生植物的纖維素分子(約360至1,000個葡萄糖鏈結),使得海藻結構較陸生植物鬆散,因此,酒精製程中的醣解步驟較易進行、成本較低。

  目前以海藻作為生質原料的研究,以生產甲烷、甲醇及乙醇為主。例如日本東京大學與三菱研究中心合作,於2005年發表馬尾藻的栽培養殖技術,目標是生產甲醇等燃料;2000年挪威的研究報告,是以秋天收成的褐藻為原料,萃取其褐藻多醣(laminaran)及甘露醇(mannitol)成分,利用發酵轉化生產乙醇;國內台灣大學及核能研究所於去年合作,使用台灣沿岸常見的石蓴,以纖維酵素及酸水解等方法糖化後,再以酵母菌發酵,探討石蓴轉化酒精的製程。

  本會水產試驗所?開發生質能源,並且有效利用藻類資源,選擇養殖技術成熟的龍鬚菜作為原料,其生長週期是1個月,大幅低於甘蔗的18個月及玉米的6個月,研發以快速、低成本的技術,從龍鬚菜中分離高經濟價值的多醣,提供保健食品產業原料之用,剩餘藻渣殘留的多醣及纖維素,則進一步研發產製生質酒精,使海藻的利用價值提高,成為生產生質能源原料更具競爭力的選項。  

四、展望

  生質能源的利用已是國際發展趨勢,國際能源總署(International Energy Agency)彙整各國生質能源產量資料,顯示2006年的全球生質燃料總產量,已超過5,500萬公秉。國內的加油站自去年起,也開始引進添加生質酒精的汽油,所以,生質酒精的需求量增加已是全球趨勢。

  對四面環海的台灣來說,利用海藻作為原料產製生質酒精,是一大契機,除了前述的海藻原料優勢之外,其附加價值尚有︰(一)利用廢棄漁塭養殖以增加土地利用率;(二)海藻養殖於沿海地區,可提供食物來源以吸引魚群棲息、增加漁業收獲量;(三)漁民可以利用海藻生產有機食品並成為能源原料供應者;(四)海藻生長吸收二氧化碳,對溫室氣體減量有所貢獻,同時降低我國碳稅交易的額度。因此,利用海藻產製生質酒精,將是海洋產業的明日之星。

    
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