藻類於生質柴油生產上的潛力

2.5.1 藻類油脂產量

早在五十年前使用微藻做為燃料的概念就已被談論，而在1978年到 1996年，在國家再生能源實驗室 (NREL)中進行水生生物計畫 (Aquatic Species Program, ASP)，於此計畫中發展出許多產生藻類生質柴油的技術，

然而於此計畫結束時，原油價格遠比今日便宜，考量經濟成本後此計畫便 終止。然而在原油價格飆漲的今日，以藻類生產的生質柴油已重新獲得重 視。

如欲以生質柴油取代目前全美國每年所有運輸用油量，則需5.3億公秉 生質柴油，由目前油脂作物、廢食用油及動物油脂的總量並無法實質滿足 目前美國運輸燃料的生質柴油消耗量，如表2.5所示，大面積耕種主要的油 脂作物也無法滿足目前美國運輸燃料之生質柴油需求量的一半，而以微藻 生產生質柴油，則只須美國總耕地的1-3%即可達到50%運輸用油所需 [Chisti, 2007]。微藻生長快速且富含大量油脂，一般在24小時內便可倍數成

長，而在對數生長期間生長分裂速率將縮短至3.5小時之內。其每單位細胞 乾重之油脂含量可能超過80%[Metting, 1996；Spolaore et al., 2006]，而 20-50%油脂含量的微藻則十分常見，如 表2.6所示[Chisti, 2007]。

表 2.5、生質柴油原料來源之比較

油脂作物 油脂產量

(L/ha．year)

供應美國油脂所需耕

a. For meeting 50 % of all transport fuel needs of the United States.

b. 70 % oil (by wt) in biomass.

c. 30 % oil (by wt) in biomass.

表 2.6、不同微藻之含油量

藻類 含油量(% dry wt)

Botryococcus braunii 25-75

Chlorella sp. 28-32

Crypthecodinium cohnii 20

Cylindrotheca sp. 16-37

Dunaliella primolecta 23

Isochrysis sp. 25-33

Monallanthus salina >20

Nannochloris sp. 20-35

Nannochloropsis sp. 20-48

Neochloris oleoabundans 35-54

Nitzschia sp. 45-47

Phaeodactylum tricornutum 20-30

Schizochytrium sp. 50-77

Tetraselmis sueica 15-23

2.5.2 藻類生質柴油的可受性

表 2.7 為柴油燃料特性、微藻油脂製成的生質柴油以及美國材料試驗協 會 (American Society for Testing and Materials, ASTM)生質柴油標準之比 較，由此可知，微藻油脂生質柴油的特性參數如密度、黏度、閃火點、冷 濾點 (Cold filter plugging point)、凝固點及熱值，皆符合 ASTM 所訂定有關 生質柴油品質的規範。然而，相較於柴油燃料，微藻油脂製成的生質柴油 具有較低的冷濾點 (-11 ℃)。此結果顯示，結合生化工程及轉酯化此一新的 程序，為一適當且有效生產高品質微藻油脂生質柴油的方法，未來或許可 替代傳統柴油燃料[Miao and Wu, 2006]。

2.5.3 藻類生質柴油的經濟分析

藻油產業成功的關鍵在於生產成本，許多報告針對藻油的成本進行分 析，例如在水生物種計畫中，其估計在一個 400 公頃的養殖池中，使用純 二氧化碳或燃煤電廠的煙道氣，在生產力為 30-60 g/m²/day 且藻油含量 50%

的情況下，藻油生產成本為 39-69 美元/桶，換算 2008 幣值約 52-91 美元/

桶[Sheehan et al., 1998]。

表 2.7、微藻油脂生產之生質柴油、柴油及 ASTM 生質柴油規範特性之比較

Properties Biodiesel from microalgal oil Diesel fuel ASTM biodiesel standard

Density (kg/L) 0.864 0.838 0.86–0.9

Viscosity (mm²/s, cSt at 40 ℃) 5.2 1.9-4.1 3.5–5.0

Flash point (℃) 115 75 Min 100

Solidifying point (℃) -12 -50 to 10 －

Cold filter plugging point (℃) -11 -3.0 (Max -6.7) Summer max 0; winter max < -15

Acid value (mg KOH/g) 0.374 Max 0.5 Max 0.5

Heating value (MJ/kg) 41 40-45 －

H/C ratio 1.81 1.81 －

有學者於 2007 年根據以前開放型池塘微藻生產的研究，預測微藻生物 燃油生產成本相當於為原油價格 39-127 美元桶。按照 2006 年美元計算，相 當於 50-265 美元/桶[Huntley and Redahe, 2007]。他們分別運行商業規模的 2 公頃面積的生物反應器和開放型池塘微藻生產系統(混合系統)，在生產力達 70.4 g/m²/day 且藻油含量 30%的情況下，評估生物燃油生產成本分別為 84 美元桶 (2003 年)和 93 美元/桶(2006 年)。如果美國政府現在對所有生物燃 油補貼 42 美元/桶，微藻生質燃油的生產似乎已具備價格競爭力。然而就現 實面而言，大規模的長期養殖要達到上述要求仍有困難，根據水生物種計 畫中的測試結果，在冬天，藻體的生產力會降低至僅約 3 g/m²/day，而超過 6 個月的操作試驗中，平均生產力僅約 10 g/m²/day 左右，仍有相當的距離 待研究開發。然於 10-20 年後，當世界能提供的石油快要耗盡時，微藻生物 燃油做為高價石油的替代燃料則具有更大的價格競爭力。如果全球變暖加 劇，微藻生質燃油的價格競爭力更強。