各種產能作物及其廢棄物產能可行性探討

能源作物的種類，主要有穀類作物（如小麥、玉米）、澱粉類作物（如馬鈴 薯）、糖類作物（如甘蔗）、油料作物（如油菜、向日葵、亞麻、澱粉類作物與糖 類作物）、纖維作物、染料作物、以及其他能源作物（如生長期較短的木材或整 株作物，包括:芒草、玉米或榖類作物）。上述作物的非食用用途，則可分別提煉 出澱粉、糖、油菜籽油、亞麻籽油、葵花油與纖維等工業原料，或是將其進一步 轉成熱能與電力的供應原料（王茹涵，2006）。

一、能源作物主要應用範圍與領域

(一)工業原料類：油料作物、染料作物、纖維作物及燃料作物，在化工業所研 發的應用產品，包括:紙張、漿糊、包裝物質、染料、清潔劑、潤滑油、醫 藥、油料、漆料、印刷顏料與化妝品。

(二)燃料類：從油菜籽所提煉出菜籽油，再經轉化，所產生之生質柴油等含能 量物質。

(三)燃氣類：利用醱酵技術，提煉出生質燃氣，如糞尿或有機廚餘厭氧醱酵產 生氫、甲烷等沼氣。

(四)能源載體類：如直接燃燒木材或整株作物，以產生電力或熱能等，如燃燒 森林廢棄木、麥桿或稻草。

二、能源作物的種類及生產現況

在我國氣候與土質的條件下，目前適合生產之能源作物不少，包括：甘藷、

甘蔗、玉米（以上可用以生產酒精）、油菜籽、大豆、向日葵、落花生、可可椰 子（以上可用以生產生質柴油）。

將目前主要能源作物之淨收益值彙整如表 2-2，由表中可知，甘薯及花生的 單位面積之淨收益較高，而生食高粱、甘蔗、甜玉米、以及椰子的淨收益則較低，

我國現有能源作物的生產效益並不高，經常作為田間綠肥使用，因應未來全球及

國內能源發展趨勢，能源作物的發展必需立基於能源永續發展，且兼顧廢休耕農

一期大豆 23.33 24.87 3,709

二期大豆 20.45 24.77 11,028

裡作甘藷 4.61 8.04 51,892

一期甘藷 8.09 5.26 16,681

一期落花生 32.70 37.31 9,300

二期落花生 45.32 37.31 14,236

二期飼料玉米 12.65 15 6,295

一期高粱 13.41 4.61 1,973

生食甘蔗 4.92 9.18 351

二期甜玉米 1.307 14.82 142

可可椰子 12.52 5.78 -118,166

油菜籽 - - -14,438

各能源作物產能效率估算結果如表 2-3 所示。就酒精的生產而言，以玉米較

製糖(甘蔗) 15.3～16 5,595～5,851 98～102 酒精

玉米 2.5 1,663～2,088 20～33

油菜籽 2.5 418 23

緩化石能源如石油、天然氣和煤炭等消耗量應得到保護，如果照目前的趨勢開 採下去，要不了多久，許多資源將會枯竭。因此，發展再生能源（包括太陽能、

風力、生質能、地熱及水力）是未來全球追求永續能源發展的重要策略之一。

（三）生態環境的功能

利用能源作物除可因物質和能量之應用而有良性循環，且對生態環境也相 當有利。有些農產品在生產過程中雖然會產生溫室氣體，也會因使用過量的農 化資材而造成一些環境污染問題，但用這些農產品所製造的生物能源，可因減 少傳統化石能源的開挖使用，因自然環境破壞，自然資源消耗、減少及酸雨、

全球暖化現象減緩，使得自然環境品質更佳，不會對環境造成破壞。而做為生 物能源之作物的種植面積可增大輪作幅度，即同一塊地上作物種類的更換可以 更加頻繁，這不但有利於恢復地力，還有利於減少病蟲害，減少肥料和農藥的 使用量，從而有利於保護土地和水體。另外，一旦可以成功地做為生物能源的 原料，將可誘導農產品新品種的開發和利用，如此將有利於形成生物多樣性，

作物生產所衍生的生態景觀將更加豐富多彩，動物的生存環境也將多樣化（黃 瀕儀等，2004）。而各種能源作物及其廢棄物之產能（biogas，CH4+H2）分析如 下表 2-4：

表2-4 各種能源作物及其廢棄物之產能 大麥 5,353 29,522 35,175 15,613 亞麻 0 45,441 45,441 36,785 草料甜菜 19,263 116,046 135,309 117,063 飼用玉米 13,429 125,723 139,152 121,522 麻科植物 829 62,419 63,248 45,618

芒 0 97,767 97,767 91,533 燕麥 5,733 26,812 32,545 17,451 黑麥草 3,140 115,759 118,899 114,189

土豆 7,259 27,737 35,037 -13,163 蘆葦 0 38,205 38,205 34,168 甜菜 18,853 112,017 103,871 112,624 甜高粱 22,685 219,642 242,327 223,928 枝葉 2,338 73,180 75,519 69,190 小麥 3,351 81,081 84,432 62,538

（Hartinet et al.,2006）

五、農業廢棄物及半固體廢棄物之處理技術

土壤中，令其自然腐化作為綠肥。於是有些學者開始考慮農業廢棄物的再利用技 術，甚至能源化技術。

除此之外，實際上它們可以用於其他方法加以利用，也可產生一些經濟效 益，在賴朝琴（2004）的研究中指出，台灣稻米年產量約 200 萬公噸，可得約 3 萬公噸米糠油。因此以米糠油為原料，估計有年產 2.5 萬公噸生質柴油之潛力，

由於米糠油中含較多的游離脂肪酸(Free Fatty Acid, FFA)，將含 FFA 的米糠油 酯化成脂肪酸甲基酯(Fatty Acid Methyl Ester, FAME)，再以 NaOH 作鹼催化，

總反應時間 1 小時後可使 FAME 含量達 98%以上，具有極佳之效益。因此，由上述 文獻可以得知，目前農業方面每年都產生大量的廢棄物，但其中大部分沒有得到 充分利用，若能選擇適當的處理技術，加以再利用，將能減輕能源之使用量，也 可減少大量之農業廢棄物。

六、能源作物可應用的前處理技術

能源作物因富含大量的纖維素(cellulose)、半纖維素(hemicellulose)及木 質素(lignocellulose)…等成分，相當難以分解，因此必須採取適當的前處理技 術，而國內主要的能源作物之前處理技術，目前計有：加熱處理(李傳華，2003)，

鹼化處理(Beckmann，1919)，酵素前處理(張殿傑、武雲東，2001)，化學處理（Ngu et al., 2001），超音波處理(張永和，2004)，以及冰凍處理(林月惠等，2001) 等技術。

根據李傳華（2003）的研究指出利 用 水 解 技 術，以甘 蔗 渣、樹 葉 和 菜 皮 三 種 物 質 為 材 料 ， 並 加 入 催 化 劑 Na²CO³的 條 件 下 ， 上 述 廢 棄 物 可 轉 化 得 到 含 有 大 量 的 腐 植 酸 物 質 ， 最 高 能 達 到 45％ 左 右 ， 而 這 類 腐 植 酸 物 質 可 以 作 為 生 態 肥 料，具 有 良 好 的 肥 效 和 經 濟 價 值。而 臧金燦、樊國燕（2003）

研究中指出，稻桿的鹼化處理可使植物細胞壁變得鬆散，易於分解處理。張殿傑、

武雲東（2001）的研究中指出，採用 BYIM（農用酵素）處理稻桿製成酵素菌堆肥，

壤肥力，抑制土傳病害，提高作物的產量，改善產品品質。

在 Ngu et al.,(2001)的研究指出將化學氧化劑，諸如過氧化氫(Hydrogen Peroxide)、高錳酸鹽(Permanganate)及臭氧(Ozone)等加入受污染之作物中，藉 由氧化作用將污染作物氧化產生二氧化碳或轉化污染作物為無毒性之化合物。在 Beckmann(1919)研究中提出以 1.5％的 NaOH 溶液將稻桿在室溫下浸泡 3 天後，再 將多餘的鹼用水沖掉，結果麥稻的有機物消化率由 45.7％提高到 71.2％。

由上述的文獻可以發現能源作物若含大量的纖維素(cellulose)、半纖維素 (hemicellulose)及木質素(lignocellulose)等難以分解成分，若能選擇適當的 前處理技術，將可有效分解像纖維素等難以分解有機物質，而經分解後之有機物 可經由後段的能源化技術來產生能源，使能源作物之產能效益提升。

因廢棄農作物含有相當量的纖維素在產能上難以分解利用，目前將纖維素由 生質轉化成糖的技術一般可分為酸化水解法與酵素水解法兩種。酸化水解法一般 分為弱酸製程與強酸製程兩種。弱酸製程可以用於酵素水解法製程的前處理，也 可以單獨處理。酵素水解法已有商業化規模，可以用於一般農業廢棄物如麥桿、

玉米桿和硬木，較不適合處理軟木，其完整的製程如圖 2-1 所示。

圖 2-1 酵素水解纖維素糖化製程（（洪永杰、許博爾，，20200055）） 木質進料

前處理

酵素生產

水解

發酵

葡萄糖

木質素 蒸餾

乙醇

廢水處理