第二章 文獻回顧
第一節 能源危機與生質能源
第二章 文獻回顧
本章共分成八節分別為，能源危機與生質能源、農業廢棄物探討-稻 穀、農業廢棄物產能可行性探討、厭氧產能微生物、厭氧微生物產能機制、
環境因子對厭氧產能的影響、各種厭氧產能反應槽之探討、厭氧產能反應 動力學探討、厭氧醱酵產能之迴歸，做回顧探討。
第一節 能源危機與生質能源
一、能源危機
能源與經濟的發展有相當密切的關係，在經濟發展與社會進步的過程
中，不管是工業發展、交通運輸或人民生活等，都與能源需求有關，隨著 生活水準的提高，對能源的依賴也越大，且絕大部分都是來自化石燃料，同時也會產生大量的二氧化碳及廢氣（如硫氧化物、氮氧化物等）排放到 大氣中，及大量的生活廢水與工業廢水排放到河川海洋等水體，對全球自 然資源與生態環境產生莫大的破壞，例如：溫室效應、臭氧層的破壞、酸 雨、河川與海洋的污染等等問題(楊聰宏，2003)。
石油已知的經濟蘊藏量，按目前的價格和使用速度只能使用四十年，
產地又集中，造成供應上潛在的不安定性，經過二次能源危機的教訓，各 國都已經了解到能源多樣化的重要性。換言之，就是要把石油佔總能源使 用的比例降低。台灣目前石油的依存度已達到總能源使用量的53%，自不 宜再增加使用。
煤的蘊藏量豐富，造成的環境污染問題卻是最嚴重的。眾多技術雖然 能去除部分污染，卻無法解決因燃燒而造成的溫室效應問題。溫室效應問 題現已引起全球性的普遍關切，極有可能會簽訂國際公約限制各國二氧化
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碳的排放量，所以煤及其他化石燃料來發電的選擇就受到極大的限制。而 國內民眾對核能發電則多有疑慮。最後，水利發電要建築大型水庫，對環 境衝擊很大，也不是理想的發電方式。
從目前世界能源的消耗情況來看，以非再生能源的化石燃料為主，包 括石油、煤碳、天然瓦斯的比例高達九成，核能發電則佔7%，水力發電僅 佔3%（洪經文，1999）。而我國的經濟成長所帶動的能源需求，全靠化石 能源來提供，使得化石能源的需求逐年增加，二氧化碳排放也超過了經濟 成長速率（楊任徵，2000）。為了達成永續發展的目標，開發新的再生能 源是必須的，可見未來能源政策將由高污染性或高含碳的化石能源，轉為 低污染性或無污染性能源，特別是乾淨的再生能源比例(楊聰宏，2003)。
大量使用化石燃料的結果，除了立即可以感受到的空氣污染問題之 外，使用後所產生大量的二氧化碳，導致全球溫室效應、破壞地球的恆溫 系統，更是無形的殺手。地球上的礦物、石化能源有限，石油的預估可開 採年限平均約剩四十年，天然氣剩六十年，煤仍可210年，核能剩四十五 年(行政院經濟能源局，2006)，顯示人類目前高度依賴使用的能源存量未 來逐漸枯竭，應該要朝開發新能源的方向前進，而再生能源的可永續利用 將能夠改善能源有限的問題(石林鍠，2006)。
二、再生能源(Renewable energy)
根據聯合國環境規劃署(UNEP)的定義，「再生能源」係指理論上取之 不盡的天然資源，過程中不會產生污染物，包括：太陽能、風力、生質能、
水力、地熱及海洋能等(經濟部能源局，2005)，其均有共通特點，都是可 轉化自然界的能量來進一步運用(張聖宗，2004)。而政府在2005年時，把 再生能源納入能源發展政策，使再生能源至2020 年佔能源需求比率以3%
為目標(行政院經濟部能源局，2005)。再生能源主要包括太陽能、地熱能、
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潮汐能、水力能、風力能、海洋溫差、海浪能及生質能等，在國內除傳統 水力能已大致被開發殆盡外，其中較有發展及應用潛力為太陽能、風力能 及生質能。
三、生質能源(Biomass energy)
生質能（Biomass energy）泛指由微生物所產生之有機物質，如動植 物、有機污泥等農業、畜牧業、工業、都市能源作物以及廢棄物，經過焚 化、氣化、裂解、醱酵等技術轉換成燃油（酒精汽油、生質柴油）、燃氣
（沼氣、氫氣）與電力等可用之能源，即係指利用生物質（biomass），經 過轉換所獲得的可用能源（工研院能資所，2006）。而我國將生質能定義 為「國內農林植物、沼氣、一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經 處理所產生之能源」（再生能源發展條例草案，2002）。
根據國際能源總署（International Energy Agency）的統計資料顯示，
目前生質能為全球第四大能源，僅次於石油、煤及天然氣，供應了全球約 14%的初級能源需求，也提供了開發中國家 35％ 的能源，同時也是目前 最廣泛使用的一種再生能源，約佔世界所有再生能源應用的80％。
若以生質能利用技術來區分，生質能運用技術大致可分為：燃料酒精 技術、生質柴油技術、沼氣利用技術、液化與氣化技術，以下就各技術來 說明(吳耿東、李宏台，2004)：
(1)燃料酒精技術
生質酒精（乙醇）是一個比較環保的燃料，過去數十年，主要採用 發酵法生產酒精，目前世界各國主要生產生質酒精的國家，除了巴西自 1970 年代石油危機起，以甘蔗為主要能源作物從事酒精燃料之研發與生 產外，另一主要國家為美國利用玉米澱粉來醱酵以生產酒精。而生質酒 精最經濟且實用的生產途徑有二，一是利用廢棄的農作副產品（稻梗、
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廢糖蜜等）為原料生產乙醇；二是養殖綠藻生產乙醇，其中以廢棄農作 物來生產酒精最具潛力。
(2)生質柴油技術
利用油脂作物或廢食用油與甲醇（或乙醇）進行轉酯化反應，可產 生脂肪酸甲酯（或乙酯）及甘油等產物；經分離甘油後，以蒸餾去除未 反應完全的油脂，產生與一般柴油品質相當的液態燃料，稱為生質柴油。
(3)沼氣利用技術
沼氣的產生主要是藉由細菌把廢棄物中的有機物質分解以得到可燃 性氣體，主要成分是氫、甲烷、二氧化碳及少量硫化氫。
沼氣產生反應主要分成厭氧醱酵產氫反應與甲烷化反應兩部分。厭 氧醱酵反應主要是由厭氧產酸菌，在厭氧的環境下，利用基質中的大分 子有機物，經由醱酵反應，將大分子有機物分解為較小分子有機酸的過 程而產氫。而甲烷化反應是由甲烷菌，在嚴格厭氧的環境下，利用醱酵 反應中產生代謝產物，包括：揮發酸、H2、CO2等，轉化為甲烷。
目前生物法產氫技術主要分為三類，包括:暗醱酵法、光醱酵法與光 合作用法。而其中厭氧醱酵產氫法可分解有機物同時產生氫氣及CO2，而 氫氣是屬於乾淨的能源之一，其產能效率每克的氫氣中約有122千焦耳，
約為石油的3倍，甲烷的2.4倍，且燃燒過後只產生熱能和水，不會形成溫 室氣體(二氧化碳)而造成環境暖化，因此氫氣是未來最具發展潛力技術之 一。
甲烷化反應則是甲烷菌在嚴格厭氧狀態下，包括：中性 pH 質、揮 發酸…等適合的條件，利用醱酵產酸反應過程所產的揮發酸、H2、CO2， 來進行甲烷化反應轉化為甲烷氣體。而光合產氫菌可以利用醱酵產酸菌所 產生的揮發酸，在光源充足的厭氧環境下，利用產生氫氣。
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