開發藻類生質能源

我要了解替代能源固定收益信託理財專案
養殖系 陳衍昌

我國自產能源有限，對進口能源依存度由1979年的百分之八十二點二上升到1999年的百分之九十六點七，至2000年更上升到百分之九十七點一。顯示目前台灣地區極度缺乏自產能源，能源供應越來越仰賴進口。展望未來，隨著經濟發展的需要，可預見自產能源的比例仍將持續下降。1987年至1997年，世界總初級能源消費之年平均成長率為百分之一點五，至1998年，世界能源消費總量已達八十四億七千八百萬公噸油當量。由於能源蘊藏量有限，且消費量仍然持續成長，又加上能源蘊藏分布並不平均，使得能源供給市場形成獨占或寡占，影響能源供給充裕及價格穩定。能源供應高度仰賴進口的國家，為了避免能源供應受制於人，都傾向以「能源多元化」的方式分散國家能源供應風險。
隨著工商業的繁榮與物質文明的高度發展，人類正面臨著巨大的能源與環境壓力。然而自然資源終有耗盡的一天。根據美國能源部能源資訊署預估，在各項初級能源中，石油可用40年，一般天然氣可用60年，煤炭可用兩百年，原子能的鈾可用七十多年。因此，尋找替代燃料及再生能源乃成為目前的當務之急。同時，近幾年來由於二氧化碳的排放量日漸增加，導致溫室效應的產生造成全球暖化的現象。為了防止溫室氣體不斷的增加，世界各國於1997年簽訂了京都協議書，規範各國合理的溫室氣體排放量。台灣雖未名列於協議書的規範國之中，但基於我們只有一個地球的立場，身為地球村一員的我們實有責任共同維護地球的生態。而全球二氧化碳的排放來源主要是來自於使用石化能源所產生，因此為了要減緩溫室效應的產生，勢必要減少不可再生的石化能源之使用。目前歐、美等先進國家正積極的研發生質能源（biomass for energy）當中的能源作物之運用，期待以可再生的能源作物取代石化能源的使用，以減少二氧化碳的排放。
為了開發自產能源、淨潔能源並達到「能源多元化」的目標，現在許多國家開始積極推動水力、風力、太陽能及生質能等再生能源。我國水力發電資源已發展多年，可開發潛力已相當有限，而許多人想積極推動的風力和太陽能，雖然具有乾淨、環保的優點，但因不易應用、受氣候條件限制、供應不穩定及發電密度不足的問題，實際使用上有許多瓶頸尚待突破。所以目前國際再生能源的發展中，雖然以風力發電的成長最快，但相對可穩定供應又有環保、永續優點的生質能，已被認為可能更有發展潛力。
由生質能源生產液體燃料已引起廣泛的關注。生物質液體燃料主要包括乙醇、裂解油、植物油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。乙醇除可用於醫藥、化工，亦是重要再生能源之一，具有燃燒完全、效率高、無污染等特點。近二十年來，巴西一直利用其豐富的甘蔗資源大力發展乙醇燃料。巴西在1970年代中期，為了擺脫對進口石油的過度依賴，實施了世界上規模最大的乙醇開發計畫。到 1991年，乙醇產量達到 130億升，在 980萬輛汽車中，近400萬輛為純乙醇汽車，其餘大部分使用20％的乙醇/汽油混合燃料。美國能源部早在1978年就制訂生質能源燃料計畫，包括原料預處理、發酵及製程研究，主要目標之一即是乙醇燃料。建立了年產2500噸乙醇燃料的示範廠，近年來，美國農業部林產品研究所、北卡羅來納州立大學、紐約大學等都在進行這方面的研究。最近，美國能源部還支持了一個投資龐大的纖維素乙醇產業化研究專案，旨在利用木材、稻草、玉米桿等纖維質農產廢棄物生產燃料乙醇，其中僅發展高效纖維素水解酶技術的公司就獲得能源部的3200萬美元的撥款資助。1980年代以來，日本通產省化學技術研究所、高崎原子能所、大阪工業技術試驗所、協和發酵工業（株）、日立製作所、京都大學等均正多方面進行生物能源的開發研究。
地球上的生物資源極為豐富，據估計，地球每年經光合作用產生的生物質大約有1725億噸。作為一種可再生的能源資源，這些生物質擁有的能量相當於世界能源總消費量的10-20倍，但目前利用率很低，只有1%-3%。
海藻是當今世界上生物量最大、最古老的植物之一。某些海藻還具有耐鹽鹼、耐pH、溫度和壓力等極端環境的卓越生存能力。通常只需日光、空氣和海水，人們便可以周而復始地從浩翰的海洋中索取它。巨藻個體大、生長快、產量高。被譽為“海洋速生林”。以每公頃種1000株為例，年產巨藻鮮重可達750-1200噸（折合每公畝產量達50-80噸）。這相當於每年每公頃將400兆焦耳的太陽能轉變成化學能，此時，太陽能的轉換效率高達2%。此外，海藻生產過程在肥料、人工、機械等方面的成本也較陸地能源作物所需的成本要低。
台灣地少人稠，陸地資源十分寶貴，同時農村人口年齡老化，勞動力成本高漲。而我國四面環海，受南、北洋流衝擊，海洋生物資源豐富，因此開發海洋生物資源---海藻作為生質能來源具有相當潛力。表一為海藻及其他幾種能源作物轉換成乙醇的總成本比較（含種植成本）。
表一 不同能源作物轉換成乙醇之總成本比較
作物名稱
終產物
總成本（美元/噸乙醇）
甘 蔗
乙 醇
300-350
玉 米
乙 醇
500-550
海 藻
乙 醇
320-380

藻類及其萃取物除了傳統上作為食用、藥用之外，亦具有其他優點：在大陸棚大量栽植海藻形成人工魚礁亦有利於海洋漁業之持續發展。藻類(大型海藻及微藻)亦可加工成有機肥和飼料，促進農業和畜牧業發展。未來利用藻類取得各種精細化工品、海洋生物活性物質和海洋天然藥物等。同時可以改善沿海農村就業結構，增加就業。因此開發利用“藻類生質能源”是解決我國能源與資源短缺的重要途徑之一，亦可促進我國海洋農業與漁業及工業經濟與環境保護的協調發展。
由於台灣缺乏豐富之石化能源，而核能源之前途正面臨諸多技術面與心理面之發展障礙。面對需求日殷之民生與產業能源，再生性能源之開發與研究已成為迫切需要之主題。舉凡太陽能、地熱、風力、潮汐等再生及替代性能源之研發已在積極的進行，但亦面臨客觀環境條件不足及開發成本居高不下之嚴峻挑戰。生質能源的研究與利用便成為深具前瞻性的新思考方向。
生物燃料的開發中，酒精因為具有安全、廉價與低污染性等特質，因此為可能的替代性能源之ㄧ。目前酒精發酵的來源主要以糖蜜發酵為主，大型藻類的多醣體直接轉化成酒精以及抽取微藻油脂作為生質柴油，均可能是更為經濟的途徑。
海藻作為生質能來源具有相當潛力。特定的微藻，例如金藻類的矽藻(diatom)，真眼點藻類的海洋擬綠球藻(Nannochloropsis spp.)等具有高含量(40-50%)的高度不飽合脂肪酸(PUFAs)。此外，在微細綠藻中，例如杜氏鹽藻(Dunaliella salina)含有由40個碳鏈構成的類葫蘿蔔素，及佔有機成份達50%的油類。令人振奮的是，一種綠藻，叢粒藻(Botryococcus braunii)含有C30-C40長直鏈之碳氫化物，也就是油脂，其可裂解成為石油。
根據藻類具有以上種種的優點以及可耕作農田面積不斷減少，天然石化資源逐漸枯竭，開發藻類資源目前已成為全世界矚目的焦點。而我國四面環海，因此最適合開發海洋生物資源-藻類生質能源。

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