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能源植物介紹
發文日:2012-09-27
能源植物介紹自工業革命以來,科技發展突飛猛進,人們追求繁榮的經濟活動並大量使用化石燃料,雖然大幅提高了生活品質,但也使大氣中的二氧化碳等溫室氣體不斷增加,造成環境汙染與氣候遽變等問題,對環境、自然生態及人類健康造成許多負面的影響。化石能源逐漸耗竭,人們開始尋找其他替代能源,許多國家都在進行替代能源的研究,能源植物的研究便應運而生。目前,人類正研究應用遺傳改良、人工栽培或先進的生質能轉換技術等,以提高利用生質能源的效率,生產出各種生質燃料,進而取代煤炭、石油和天然氣等化石燃料,減少對礦物能源的依賴,減輕對環境的污染,這才是人類永續生存的出路。

植物也能產生能源?

 有些植物可經由生物或化學的方式來製成能源或石化原料的替代品,這些植物稱為「能源植物」。讓植物產生能源的方法,常見下列幾種:
一、 直接燃燒
 從植物取能最直接的方法,就是把植物當做燃料來燒。現今世界上很多地方,木材仍是主要的燃料,但在開放的環境燃燒植物生火,效率並不高,因為周圍的空氣會吸收大量有用的熱。因此有從植物中取得更多能量的方法,就是將它們放在加壓鍋爐裡加熱。如果加入空氣和蒸氣,就會產生豐富的氣體混合物,包括氫和一氧化碳,這些混合氣體可供應燃料以用來取暖與煮食。
二、 運用發酵、脂化等方式產生生質柴油、生質酒精
(1) 生質柴油
 又稱生物柴油,是未加工過或使用過的植物油及動物脂肪,經由化學反應製成的一種環保的生質燃料,這種燃料可以像柴油一樣使用。製成生質柴油最普遍的方法是脂交換反應:由植物油和脂肪中佔主要成分的甘油三脂與甲醇加入催化劑,生成脂肪酸酯,其物理和化學性質與柴油非常相似。生產生質柴油的原料會根據各地區原料種類不同而有所不同。目前常見的原料有:大豆、玉米、油菜籽、棕櫚油、棉花子、篦麻籽、痲瘋樹的果實等。
(2) 生質酒精
 也稱作生物乙醇,利用微生物發酵把作物中的糖分轉化所得到的酒精。生質酒精其實就是乙醇,和由石化原料生產的乙醇相同,差別只在於原料的不同。製造生質酒精的原料大致可分為3類,依據不同種類的原料,轉化成酒精的方式也不同。
 第1類為糖質原料,如甘蔗,甜高梁等。利用甘蔗和甜高粱的莖壓榨成汁後,可經酵母菌發酵成約13~17%的含水酒精,再經過蒸餾提高濃度到95%,最後經過分子篩脫成無水酒精。榨汁剩餘的廢棄物除了可燃燒生產高溫蒸氣,提供蒸餾時所需能源外,也可成為纖維酒精的原料。
第2類是澱粉質原料,如小麥、玉米、木薯、甘藷等。這些作物須先經前處理步驟將澱粉釋放出來,隨後的發酵、蒸餾製程則和糖質酒精一樣,這類酒精稱為澱粉質酒精。
第3類是纖維質原料,是由纖維素、半纖維素及木質素三者所組成,如甘蔗渣、稻稈等農業廢棄物。製程上須先經化學或物理方法處理,破壞植物的細胞壁並把半纖維素降解為五碳糖,再以適當的酵素水解把纖維素降解成六碳糖,最後經酒精發酵把五碳糖和六碳糖轉化成酒精,這類酒精稱為纖維酒精。酵素水解剩下的木質素則可燃燒以汽化發電方式產生能源,提供後段蒸餾所需的能源。

生質能源面臨的問題與隱憂

生質能源未來的發展值得期待,尤其是在面臨能源枯竭的現代。然而,隨著生質能源的發現與發展,也引發諸多爭議,除了有關環境的議題外,甚至牽涉到政治、經濟、國家安全考量等層面。如:美國新能源法通過後,玉米價格飆漲,農民搶種玉米,排擠其他穀物生產,使得糧食短缺,也助長全球糧價飆升;台灣地狹人稠,受限於地形面積,對於生質作物的發展不如國外容易。要如何解決這些再生能源所引發的爭議,將會是解決能源危機外,另一項需要思考的問題。
圖:小麥