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具潛力之能源植物-狼尾草台畜草四號

具潛力之能源植物-狼尾草台畜草四號

文章來源:畜產試驗所 2017/10/11

狼尾草台畜草四號(NPcv.TS4)為民國99年行政院農業委員會畜產試驗所(簡稱畜試所)所選育出可多元利用之牧草品種,該草種鮮草產量每年可達320公噸,是目前國產牧草中產量最高的牧草品種,除可作為畜牧養殖用牧草外,由於其燃燒熱值約在3,700~4,200 Kcal/kg,約為燃煤(6,400 Kcal/kg)之60%,於進口木屑取得不易且成本逐年持續上漲情況下,依其熱值與纖維特性,可替代部分燃煤與木屑,供一般鍋爐使用,降低污染,亦可提供作為紙漿與養菇培植土等,具市場發展潛力。受到全球暖化與能源缺乏等影響,尋求較高CO2固定能力之能源植物,已成為全球之趨勢。

國內所用燃料來源,以進口為主如燃煤、石油、天然氣等,所以只有排放CO2而無固碳作用,若能以能源作物如狼尾草替代部份石化燃料,除可固定部份碳以外,亦可降低CO2生成量。狼尾草產量高、適應性廣、多年生、多割型、無需農藥、高CO2吸收能力,可直接供作燃料或轉換生質能源如生質酒精、甲烷等,國內目前尚無明確能源作物,且木質材料因環保因素,材料取得不易,所以狼尾草是具有潛力之能源作物之一。

依目前研究開發之生質能源轉換系統,包括經發酵轉換成酒精、直接燃燒(direct combustion)以及熱化學轉換(gasification/pyrolysis)等之系統,不同轉換系統對生質能材料品質(成分)需求有所不同。因此,生質材料之組成成分影響生質燃料之轉換效率,如含碳化合物組成,將影響酒精之轉換效率,直接燃燒系統中,礦物元素濃度尤其是鹼性礦物質,將造成鎔爐之腐蝕、鎔渣、阻塞及增加放射物等問題。

畜試所與行政院原子能委員會核能研究所(簡稱核能所)經過多年的合作,核能所藉由狼尾草台畜草四號已開發出多項產品:
  1. 纖維酒精:又稱為第二代生質酒精,因其產製酒精所用的原料是來自於非糧食生質原料,為高產量狼尾草的纖維,而不是第一代生質酒精所使用的玉米澱粉、木薯澱粉及甘蔗蔗汁等可食用的生質原料。基本上,一般纖維原料係由纖維素、半纖維素及木質素等三種成分所組成,其中纖維素中含有六碳糖成分如葡萄糖、半纖維素,亦或是含有五碳糖成分如木糖,此兩種成分可萃取出作為可發酵的糖分,再利用釀酒酵母菌發酵轉化所得到的酒精即為纖維酒精。一般工業用或醫療用的生質酒精濃度多在95%,再經稀釋調整濃度高低有不同的應用,例如75%的酒精可用於消毒殺菌;但燃料用的生質酒精則需要提純至99.3%以上形成所謂的無水酒精,方能與汽油混摻為酒精汽油,一般混摻比例在10%以下(國外大多在3%-10%),幾乎大部分車輛都不用做任何調整可直接使用,國內目前試辦之酒精汽油混摻比為3%。
  2. 纖維乳酸:將狼尾草、稻桿等纖維原料中的木糖、葡萄糖等多種糖分萃取後,若以乳酸菌替代釀酒酵母菌,則糖分可發酵生成所謂的纖維乳酸。目前乳酸原料亦大多是使用玉米澱粉、木薯澱粉及甘蔗蔗汁為原料。乳酸本身即可做為食品及工業原料,亦可進一步合成為聚乳酸(PLA)顆粒,為一種無毒、可生物分解的生物塑膠。,可廣泛應用為包裝材料及高階醫材,市場潛力看好,利用非糧食的纖維原料生產乳酸,已成為未來乳酸生產的新興趨勢。不過因為發酵後的乳酸濃度較低(約8%),因此需要先以純化技術將乳酸濃度提高至80-88%,再利用聚合技術將乳酸聚合成聚乳酸塑膠粒,即可提供工業使用。目前聚乳酸產品已廣泛地應用在生活周遭,譬如可拋棄式餐具、食品包裝、薄膜、纖維、3C 產品外框及生醫材料等。除此之外,聚乳酸亦為目前主要的3D列印材料之一,是近來聚乳酸高值化的應用方向。

聯絡資訊:
單位(或姓名):林正斌1 李姿蓉1 盧啟信1 郭家倫2 (1行政院農業委員會畜產試驗所;2行政院原子能委員會核能研究所)
電話:06-5911211轉2100   電子郵件:jblin@mail.tlri.gov.tw

附件

相關照片
  • 圖2.狼尾草原料、前處理渣料、聚乳酸塑膠粒、生質酒精

    第一列由右至左為狼尾草原料、已破壞生物質結構之前處裡狼尾草渣料、利用聚合技術將纖維乳酸聚合成可供工業使用之聚乳酸塑膠粒、纖維乳酸及各種不同濃度之生質酒精

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