第一章 緒論
隨著全球經濟蓬勃發展，人口快速成長，能源消耗量日增，石化 燃料的大量使用正高度被關注。由於石化燃料無法於短時間再生，且 消耗石油所產生大量溫室氣體導致溫室效應日漸嚴重，擴展至全球暖 化、海平面上升、世界洋流變遷、沙漠化現象擴大、生物多樣性減少 等各種環境衝擊現象，因此，全球暖化為人類必需面對的一大課題。
為了根本性的解決問題，研究團隊開始發展永續且不會造成環境衝擊 的新能源，因此「替代能源」為目前積極研究的目標。
圖一為 2011 年由全球性組織 REN21 所統計出的全球能源消耗 比例圖[1]，石化能源消耗仍佔有相當大的比例，約 78%；然而核能僅 佔 3%，安全考量與核廢料排放問題是導致核能源發展受阻的主因；
替代能源約佔 19%，其中更以生質能源(biomass)所佔 4.1%的比例最 高，傳統生質能源則佔 9.3%。圖二為 2012 年生物質轉換成能量路徑 圖[1]，經統計結果得知全球生質能源比例已提升 2-3%，約 45 EJ(45×
1018 joule)，傳統生質能源所占的比例最多(55 EJ)，而新穎生質能源如 生產電力、生質燃料僅占 4.5 EJ，生質能源仍具有相當大的發展潛力 來取代石化能源。
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圖一、2011 年全球能源消耗比例圖[1]。
圖二、2012 年生物質轉換成能量路徑圖[1]。
所謂的生質能源亦泛指利用農作物、農業廢棄物、植物等生物產 生的有機物進行一系列之化工程序所得到如電能、熱能和燃料能源，
此化工程序可將太陽能以直接或間接的方式轉換成化學能。生質能源 不需額外且過於複雜的設備，運輸及儲存設備都較為簡單，為其具有 發展優勢之處。由於生質能源其原料具有再生性，生質能產物具有生 物相容性，使用後可以被分解，因此不會造成環境汙染等問題。由
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“Roadmap for Biomass Technologies”的文中提到，專家預測 2030 年以 前全球將有超過 20%運輸用油和 25%化學藥品是經由生質能源製造
[2]，生質能源的普及化將大大減少人類對石化能源的依賴性。
圖三為 US national renewable energy laboratory (NREL)所提出石 油煉油與生質燃料製備所產生二氧化碳的循環圖[3]。石油煉油法產生 的二氧化碳大多直接排放至大氣，使得溫室效應日益嚴重；而製備生 質燃料產生的二氧化碳較少，可直接供給植物行光合作用，再利用植 物中的纖維素作為原料進行生質燃料製備。因此，可利用充足的生物 能源進行大規模液體燃料製備，並將液體燃料做為運輸用油以取代石 油用途。
圖三、石油煉油及製備生質燃料產生之二氧化碳循環圖[3]。
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表一、美國能源協會(US DOE)公佈前 28 種化學平台分子[5]
Carbon# Building block selected for top 30
3
Glycerol(甘油)、Lactic acid(乳酸)、Propionic acid(丙酸)、
Serine(絲氨酸)、3-Hydroxypropionic acid(3-羥基丙酸)、
Malonic acid(丙二酸)
4
Succinic acid(琥珀酸)、Fumaric acid(富馬酸)、
Malic acid(蘋果酸)、Aspartic acid(天門冬胺酸)、
Threonine(蘇氨酸)、Acetoin(乙醯乙醇)、
3-Hydroxybutyrolactone(3-羥基-γ-丁內酯)、
5
Itconic acid(衣康酸)、Furfural(糠醛)、
Levulinic acid(乙醯丙酸)、Glutamic acid(榖氨酸)、
Xylonic acid(木糖酸)、Xylitol(木糖醇)、Arabinitol(阿糖醇)
6
Citric acid(檸檬酸)、Aconitic acid(烏頭酸)、
Sorbitol(山梨糖醇)、5-Hydroxymethylfurfural(HMF)、
2,5-Furandicarboxylic acid(FDCA)、Lysine(離胺酸)、
Gluconic acid(葡萄糖酸)、Glucaric acid(糖二酸)
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為落實生質能源可永續經營的概念，以農作廢棄物做為原料來源 依然不足，目前已有研究團隊利用藻類進行熱化學轉化法或化學生物 轉化法，生成甲烷、酒精以及柴油等能源，做為第三代生質能源[6]。 藻類中含有極高比例的油脂，進行轉脂化反應得到生質柴油。由於藻 類來源充足、繁殖迅速且不與民爭食等優點，使之成為了最具有發展 潛力的替代能源。儘管第三代生質能源具有原料充足等優點，但藻類 含水量高達 80%以上，轉脂化過程中需去除化學溶劑、反應時間長及 分離程序複雜等缺點，因此目前仍以第二代生質能源最具有發展性以 及達到工業化生產之競爭力。
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