一.生物量是儲蓄的太陽能

　　光合作用對植物之作用，是植物由空氣中吸收二氧化碳及由土壤中吸收水分、養分與礦物質，藉助於太陽能而建造其組織結構。

　　人概稱生物量為在一生活空間出現之有機物質之總量，人也瞭解生物量是有機來源的原料，亦即在自然界生存的及生長的材料，以及生存與死亡的有機體之廢料。

　　所有植物、動物及其廢料與殘餘物，甚至於涵蓋經過加工之成品如紙與漿；食品工業之有機廢棄物、家庭、商業及工業之有機垃圾，均屬於生物量，廣而包括有機物質在腐朽及經細菌分解過程所形成之生物氣（Biogas）。

　　以農林原料為基礎的能源利用，在生物量的認識下，首推含纖維素的、澱粉的、油的及糖的植物及植物與動物之廢料。

　　植物藉葉綠素而利用太陽能,將二氧化碳與水製造成富有能源的碳水化合物。在這複雜過程，尚有氮（Stickstoff）、鉀(Kalium)、鈣(Kalzium)、磷(Phosphor)、硫(Schwefel)及其他微量元素存在，一般稱為光合作用。

　　植物天生具有以碳水化合物形態貯存太陽能之能力。其中充其量僅6.5％之放射能被利用，即效率介於0.5與2%。太陽的能量被貯存於纖維素、糖、澱粉及木質素，也貯存於脂肪與蛋白質中。同時，可以說光合作用之廢棄物，正是人類與動物維持生命所必需的氧氣。

　　根據科學家估計，由光合作用所形成的生物量中，約一半被植物自身在生存過程中所消耗在碳水化合物中之碳元素，形成二氧化碳之可逆反應。另一半之碳元素，在植物死亡後，由於腐朽菌及腐敗過程而分解為二氧化碳，經過人類及動物的食物鏈作用而放出二氧化碳或直接燃燒排放於大氣中。此外，生物在化學分解中，氫元素被氧化成為水。

　　在大氣所含的全部二氧化碳中，一年僅有七分之一的量被植物吸收轉換成生物量，全世界的純碳元素約1仟億噸（100 Mrd.t）這些碳元素可逆形成二氧化碳，又排放於大氣中。如此形成週而復始之碳循環。

二.生物量呈現形態

1. 纖維素是最常見的有機物質，其為多糖類。纖維素不溶於水及有機溶劑。然而可在鹼及酸中膨脹而成為水合纖維素(Hydratzellulose)。其能經濃縮酸及高溫之條件下，而被分解為葡萄糖。纖維素是生產纖維材料化學工業的重要原料。

2. 木材的植物約含有20~40%之半纖維素，其同為多糖類，不僅由純葡萄糖鏈組成，也由其他糖類組成。

3. 木材約含有木質素30%，其影響植物細胞之木質化，木質素可溶解於氫氧化納（Natronlauge）及二硫化鈣(Kalziumbisulfid)，亦不溶於水，對於纖維素之化學及酵母分解中，木質素呈現一個大的阻礙作用。

4. 澱粉亦為多糖類，以微弱結合為纖維素及半纖維素。

5. 一般認為糖，以單一的、分離的、獨立的糖存在於含糖之植物中。

6. 由於澱粉與糖缺乏結合性或具微弱結合性，所以特別適宜於化學的及醱酵的解離。

7. 在生物量中，與纖維素、半纖維素及木質素相比較之其他出現形態很少。澱粉、糖以及脂肪、油與蛋白質佔全世界生物量產品僅約1%而已。

三.生物量之潛力

　　以全球土地面積估計生物量，相當於1萬億石炭噸*註1)（1000 Mrd.t SKE, Steinkohleeinheiten），其中木材生物量佔90%，而每年全部生物量之生長量約為1仟億石炭噸(1000 Mrd.t SKE)，也就是生物量之年生長量約為全球地面生物量之10%。

　　在生物量利用之際，應該注意者，地面上僅一部份能被收穫，大約50%（根、葉）不適宜作為能源利用，但無論如何，單純由統計數字來看，全世界生物量之生長量呈現能源之潛力，一直比全世界原始能源消耗量大6~7倍。

　　全世界之生物量產品中，目前約2~3%供作為食物及飼料，約1%被燃燒及其他作用為工業生產原料，如木製品、紙及纖維材料。作為燃料部份約10億石炭噸(1 Mrd.t SKE)，亦即約為全世界原始能源消耗量的10%。

　　至於德國之生物量潛力估計，對於能源範圍而言，一方面限於殘餘之生物量及廢棄之生物量，以及另一方面純粹栽種能源作物之面積，而區別之。

　　殘餘之生物量可能被作為能源目的之利用，如農業上之稻草、麥稈、木材及動物廢料。

　　在林業及木材工業上，有大量殘餘木材可供作能源使用，而家庭及工業上垃圾中之有機廢棄物是提供能源的第三大原料來源。

　　每年大約有7千萬噸((70Mio.t)有機乾物質，其約含有4千5百萬石炭噸(45Mio.t SKE)之能源。由技術看起來，被利用的部份僅是少量而已。

　　當考慮到轉換技術之全部有效率時，理論上可利用之能源潛力應降低到技術上可利用之潛力，每年最大值約為2千6百萬石炭噸(26 Mio.t SKE)之能源。

　　此種能源潛力如何真地被有效利用，除考慮經濟性之外，則有賴於技術問題之解決，如能源損失、運輸成本、中間轉運之貯存及準備等。按環境問題專家委員會（Sachverstaendigenrat fuer Umwelt- fragen；SRU）之計算，每年對殘餘及廢棄生物量之有效用量約6百萬石炭噸(60 Mio.t SKE)。是否能真正被利用及何時能真正被利用,則視生態的及能源政策的配套條件而定，尤其視轉換技術成本之經濟性而定。

　　就生產食物、飼料之必要性及化學工業之原料觀點而言，提供能源植物之可能加工設備，相當有限，然而多年來，農業閒置之土地可大量生產能源原料。該土地可生產大量含油的、含澱粉的及含糖的植物，以及速生木材及所謂C4植物，如中國蘆葦（Chinaschilf, Miscanthus sinensis）與Pfahlrohr (Arundo donax)。

　　以德國之閒置土地160萬公頃((1.6 Mio.t ha)栽種能源植物為例時，則每年可生產3百萬到1千2百萬石炭噸(3~12 Mio.t SKE)之原始能源。此量僅為德國原始能源消耗量的1~2%，是故，能源植物在原始能源消耗量上，大致有如殘餘生物量及廢棄生物量具有利用的潛力。

四.生物量利用之可能性

　　全世界每年在自然界生產的1千5百億噸(150 Mrd.t)生物量中，主要利用其為食物僅約44億噸(4.4Mrd.t)，只佔2.9％而已。生物量利用之廣泛技術，雖然提出，但真正用於能源生產仍然有限。

　　木材及木材廢料或能源植物及稻草麥稈，可直接燃燒，而提供電力及熱力之利用，有利的處理，即事先經乾燥，粉碎或製成餅塊、丸球，這些原料，亦可氣化產生燃燒氣。

　　含糖及含澱粉植物，如玉米、五穀、甜薯、馬玲薯，由於含有高量碳水化合物而能被製造成酒精（甲醇），可取代汽油。含油植物，如油菜（Raps）或向日葵經壓榨或萃取之油，藉乙酯化方法，可產生柴油，滑潤油及化學基本原料。

　　有機廢棄物能在空氣密閉之環境下被醱酵，這些過程可由液態糞肥得到生物氣，由淨化污泥得到淨化氣，由垃圾掩埋得到沼氣及由固體廢料得到可燃氣體，這些氣體之性質類似天然氣，生物氣之能源含量約為天然氣能源含量之三分之一（生物氣熱值為△20~25MJ/m3，天然氣熱值為△32~38 MJ/m3。）

五. 不同生物量之經濟性比較

1. 木材

　　全世界土地面積520億公頃(52 Mrd. ha)中，僅150億公頃(15 Mrd. ha)是農地，而林地約四分之一（130億公頃）。林地中僅有4%在歐洲，即其中1%在德國。德國林地面積佔該國土地面積30%，近於世界平均值。森林是最大的生物量生產者，每年生產1千3百50億噸至1千5百億噸(135~150 Mrd.t)生物量，佔全世界生物學90%森林也是最大的二氧化碳使用者，除海洋是全世界第一位氣候調節者外，理論上，僅有森林提供人類無窮盡的能源與原料資材。其成功要件，在於技術、經濟及政策的努力，維持森林永續經營、加強草原造林、減低二氧化碳之量。

　　比較迫切的問題，乃森林過度伐採作為燃料材，雖然工業國家對木材當燃料材不重要，但全世界有50%之木材伐採量是當作燃料用材。許多地區因事實上之需要而砍伐森林，但其木材未被善加利用，況且伐採跡地再恢造林者，充其量僅10%，同時工業國家之森林經營政策，對於枝條、樹皮及小徑木等殘餘材亦幾乎沒有妥善利用。德國一年伐採木材約2千8百萬至３千萬（28~30 Mio）立方公尺，僅滿足其需要量的三分之一，其做為建材、包裝材料及熱能材料。另外，其他使用過的老舊棧板、建材與家具亦不少。

　　據估計德國一年可做為能源潛力利用之林地殘餘材與工廠廢材約3百萬到4百50萬石炭噸(3~4.5 Mio.t SKE)，仍未被妥善利用，殘餘材及廢料處理問題，因而日增，況且費貲不少。

　　整體觀之，德國的木材可滿足1.2％的原始能源需求。特別在鄉村地區作為炊事與熱能，許多用為居家取暖之用。

　　木材加工廠利用其附近可燃的木材廢料作為加工過程之能源，有增加之趨勢，也用其作為產品之原料，以廢木材為基礎之電力與熱力並聯設備也增加。由1988年10座電廠，以廢木材作發電至1990年增加為32座，電力20 MW，幾乎是每年4千萬仟瓦(40Mio. Kwh)。

　　以燃燒木材廢料為基礎之工業化熱力發電廠，當發電量在1.5及2.5MW時，位於理想位置，其產生電力之成本幾乎具有競爭能力。

　　由此觀之，未來殘餘材及林業經營上，對必要處理伐倒之小徑木與樹皮，應加強利用作為生產熱力，如學校、醫院或其它公共建築物，特別是森林附近之社區。

　　依德國森林人員之估計，德國一年至少產生300萬立方公尺之小徑木、枝梢材及樹皮，若妥為利用，其一年可取代210萬噸(2.1Mio.t)燃料油。

2. 農業廢料

　　德國麥稈及其它農業收穫之廢料，其熱值頗高，絕乾之五榖稈，其熱值約為17MJ/kg(每公斤1仟焦耳)，比濕的煤炭高兩倍。

　　麥稈作為燃料，若無補助，不具競爭力。繼續研究運輸費之合理化、貯存問題、不同燃料之處理，自動送料到鍋爐及燃燒技術。在丹麥有一明顯案例，由農業廢料集中產生熱力與電力之設備。在德國一年有5百萬到1千1百萬石炭噸(5~11 Mio.t Kwh)之五榖稈廢料。

3. 能源植物之栽植

　　有些學者認為，長期來看，農地面積可減少25%，不必作為生產糧食之用，如此，歐盟可空出3千萬公頃（30 Mio ha），德國可空出430萬公頃（4.3 Mio ha）栽植能源植物，對農民亮出曙光，以環境可接受的及永續的形式生產能源與生產變化性植物，增加農民利益。

　　研究栽植速生植物，以生產燃料作為熱力與電力來源，以取代煤、油或天然氣。觀察相關結果，其中有些田間試驗，已有發電廠參與。已被執行之試驗，如栽植速生林木－柳樹或楊木及蘆葦（Miscanthus sinensis），其C4植物，以C與H形態結合太陽輻射能約6.5%。

　　由研究結果，目前這些特殊能源植物對於生產熱力與電力，並不具經濟性。速生樹種栽植10年才能收穫，又蘆葦對歐洲氣候之適應性，尚待商榷。

4. 生物酒精

　　所謂生物酒精，即生物乙醇（C2H5OH），當富含碳水化合物之植物物質，藉酵母及細菌之幫助，經嫌氣性（anaerobe）之醱酵作用而得之。甜薯、五榖及馬玲薯是也。

　　在醱酵後即刻經蒸餾，亦即精製(Rektifikation)，以分離酒精與水，另外在醱酵過程中，可利用其形成之酒渣與液體(Schlempe)當能源利用，其在生物氣設備中被完全腐爛。

　　大規模以甘蔗及甘蔗廢料製造生物甲醇(Bioethanol)做為燃料之例子，在巴西有之，兩家德國試驗工廠設備，一家在法蘭肯之歐赫認福特糖廠（Zuckerfabrik Ochsenfurt / Franken），每天生產15000公升甲醇及3000～15000 m3生物氣；另一家在阿豪認--耶華認（Ahausen-Eversen）工廠。每天可生產25000公升的甲醇。但兩者均尚未提供可信賴的結果。

　　以甜薯為原料製造生物酒精之成本，每公升1.10~1.60馬克，比以原油提煉未加稅之汽油貴3倍。若要讓生物酒精具有市場競爭力,則宜免稅優惠之。

　　由目前情況看起來，生物甲醇在德國是否能在未來加強應用，尚是未知數，在生產甲醇時，對於能源植物之栽植、收穫、運輸與貯存，所使用之能源，相當於燃燒甲醇之量。

5. 生物柴油

　　德國之植物油，主要以油菜及向日葵為原料製造，用為燃料，滑潤劑及化學工業之基礎原料。油菜種子植物之甲基酯,一般常稱為柴油,其一方面有鑑於農業過量生產及閒置可栽植之面積，與其另一方面具有正面的特性，正好可取代或添加至傳統的柴油，而當發動燃料油。生物柴油具有數個重要的正面特性質,扼要簡述如下:

　　1. 有效的能源損益平衡
　　2. 密閉式二氧化碳循環
　　3. 很少污染馬達
　　4. 很快的生物分解性

　　對於生產必要的油菜種子，可大面積單一種栽植油菜，並不需要害怕。因為油菜植物之開花結果及立地之要求，是確定其天然的建造(栽植)界限。

六. 結論

　　台灣之農林業經營曾經為台灣工商業發展奠定良好的基礎，而創造台灣經濟奇蹟！由世界潮流觀之，在未來之能源供應上，台灣農林業對於生物量能源資源之奉獻，必定脫不了責任。台灣之農林業，除兼顧環保功能與滿足台灣人民食、衣、住、行、育、樂之直接效用外，尚有義務提供生物量能源，繼續促進台灣工商業之發展，共同再創台灣經濟新奇蹟。

　　(資料取自CMA, Centrale Marketing-Gesellschaft der Deutschen Agrarwirtschaft MBH, D-53133 Bonn-Bad Godesberg, Biomasse-nachwachsende Energie aus Land-und Forstwirtschaft)

　　(註1)

　　t SKE(tSteinkohleneinheiten)石炭噸：1t SKE 相當於29.31X109焦耳之電能實用單位，石炭電能單位為1公斤石炭之熱值，相當於8.14KWH。早期長以 t SKE (石炭噸)表示。