吳建一  副教授

大葉大學 食品暨應用生物科技學系

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全球暖化(global warming)的環境問題(environment)一直是重要議題。全球暖化的問題主要是化石燃料(fossil fuels)過度使用造成。因此，發展出以生物質量(biomass)作為原料生產可再生性乾淨能源(renewable clean energy)以取代化石燃料，並降低CO₂排放的技術是刻不容緩的。大氣中溫室效應氣體濃度增加造成全球暖化的問題成為重要的環境議題。如何降低大氣中CO₂濃度是解決全球暖化計畫主要的驅動力，目前主要方向有三個不同的方法來達成：1.減少化石燃料的使用; 2.去除大氣中的CO₂; 3.在化石燃料燃燒釋放CO₂進入到大氣之前藉由捕捉(Capturing)和封存(sequestering)或CO₂利用(utilizing)等技術，使CO₂無法釋放至大氣中。

微藻的光合效率(photosynthetic efficiency)通常較其他的樹木還來的高。因此，假如利用微藻來生產高效率的燃料，微藻不但可以作為化石燃料的燃料替代者，更可以降低大氣中CO₂濃度。微藻除了具有固定CO₂的能力之外，還可以經由生物轉化程序(biological conversion)轉化為脂質或碳氫化合物或者利用微藻細胞(algal cells)經熱化學液化作用(thermochemical liquefaction)程序轉化微藻變為液態燃料和氣體的方法，或使用生化程序能轉化成酒精(ethanol)和生質柴油(biodiesel)能源等。

 

 

圖1 微藻作為生物質量轉化成能源的反應程序。

一般培養微藻作為生物質量以轉換成能源的優勢有: 1.藻類是利用太陽能生產有機化合物非常有效的生物系統; 2.藻類屬於無維管植物(non-vascular plants)，缺乏(通常)複雜的生殖器官(complex reproductive organs); 2.許多種類的藻類具有生產商業上有價值的化合物，像是:蛋白質、碳水化合物、脂質和色素; 3.藻類是遵循簡單細胞分裂週期(simple cell division cycle)的微生物; 4.可以使用海水(sea water)或微鹹的水(brackish water)養殖微藻; 5.藻類生物質量生產系統可以容易的適應不同規模的操作或技術。事實上，在許多不同的植物油脂之中，有些微藻具有最高的油脂產量，微藻的油脂含量可超過藻類生物質量乾重的80%，甚至每年產量可達100,000 L/ha; 而棕櫚種子(palm kernel)則約含生物質量乾重的50%、椰子則約60%、向日葵則約55%(http://www.oilgae.com/algae/oil/yield/yield.html)，而油脂產量方面，棕櫚樹(palm)、椰子樹(coconut)、蓖麻樹(castor)和向日葵(sunflower)的油脂產量則分別可達5950、2689、1413 和952 L/ha (http://www.oilgae.com/algae/oil/yield/yield.html)。

由微藻作為生物質量轉化成能源的反應可以分為生化、熱化學和直接燃燒三種方式。生化轉化可以進一步細分為發酵(fermentation)、厭氧消化(anaerobic digestion)、生物電化學燃料電池(bioelectrochemical fuel cells)和其他利用生物體的代謝物生產燃料之程序。熱化學轉化可以細分為氣化(gasification)、熱烈解(pyrolysis)和液化作用(liquefaction)。圖1為由微藻轉化成能源的程序。生物質量可以轉化成三種主要產物:其中的兩種為能源，而另一個則為化學品原料(chemical feedstock)。