賴永昌1 羅淑芳1 賴瑞聲2 蔡武雄1 1.行政院農業委員會農業試驗所嘉義分所 2.行政院農業委員會農業試驗所生技組
摘 要
經濟發展一直被認為國家發展成功與否之指標，而能源是否能夠充分供 應對經濟發展具有重大影響力，石油為世界上各國使用最多的能源，大約佔 所有能源供應量之37%。但對許多國家而言，大部分之石油皆仰賴進口，而 所進口之石油大部分 (約 30%) 來自政治動蕩之中東波斯灣國家，而且所進 口之石油常常成為各國貿易逆差之主要因素；另外燃燒後之石油所釋放出之 二氧化碳造成空氣污染之主因，致使全球氣候改變，最後學者亦發現全世界 石油儲藏量已逐漸減少。基於以上原因，世界上各個國家皆積極開發新的替 代能源，本文將探討甘蔗、甜高梁、玉米及甘藷等醣質與澱粉作物在臺灣及 世界各國之栽培概況，並進一步探討作為能源作物之可行性，以作為我國發 展能源政策之參考。
前 言
人口數 20,352,966 21,304,181 22,216,107 22,689,774 人口密度(人/平
方公里) 565 592 617 630
GDP(百萬美元) 164,513 273,792 321,230 346,389 每人GDP(美元) 8132 12,906 14,519 15,291 車輛數(輛) 2,905,940 4,684,447 5,586,269 6,648,756 CO2 排 放 量
(million metric tons) 132.5 179.4 238.9 295.5 每人 CO2 排放
量(metric tons) 5.6 8.4 10.8 13.0 能源消耗量(103
KLOE) 49,665 66,630 87,270 107,939 每 人 能 源 消 耗
量(KLOE) 2.4 3.1 3.9 4.8
(資料來源:Tsai et al., 2007)
表二、自1990-2005 臺灣地區能源需求結構及種類 單位:103 KLOE 項目 1990 1995 2000 2005 煤 13,682 (23.3%) 20,852 (26.2%) 32,658 (31.1%) 43,160 (31.9%) 石油 32,480 (55.4%) 43,251 (54.3%) 53,499 (50.9%) 69,449 (51.3%) 液 態 天
然氣
941 (1.6%) 3646 (4.6%) 6382 (6.1%) 10,310 (7.6%) 天然氣 1304 (2.2%) 931 (1.2%) 739 (0.7%) 541 (0.4%)
水利發電 2034 (3.5%) 2206 (2.8%) 2203 (2.1%) 1965 (1.5%) 核能 8164 (13.9%) 8772 (11.0%) 9564 (9.1%) 9929 (7.3%) 總計 58,605 (100%) 79,658 (100%) 105,044 (100%) 135,354 (100%) 依賴進
口能源 比例(%)
93.4 95.8 97.1 98.1
(資料來源:Tsai et al., 2007)
醣質作物 一、甘蔗
甘蔗在植物分類學上屬於甘蔗屬 (Saccharum) 為禾本科中之一屬，原產 於印度，性喜氣候變化大之環境，生育期中需要高溫多雨，以充分發揮其營 養體的生長；成熟期則必需低溫乾燥，以利糖分累積，因此世界上主要產糖 區皆為乾期與雨期明顯之地區。臺灣中南部主要種植甘蔗地區，冬季東北季 風來臨為乾期，而夏季西南季風來臨為雨期，極適合種植甘蔗。
臺灣甘蔗栽培歷史極為悠久，臺灣糖業公司一直是臺灣糖業主要經營單 位，在1960-1980 年間栽培面積一直維持 100,000 公頃左右，自 1980 年以後 隨著國際糖價下跌，臺糖為維持公司之營運，開始進行多角經營策略，甘蔗 面積也開始逐漸減少，糖之生產量由1980 年之 829, 639 公噸，到 1999 年下 降至276,409 公噸，而副產品 95% 酒精維持在 25 萬公秉左右 (表三)。而臺 糖生產之甘蔗在生育 14 個月下公頃產量為 80-90 公頃，相當於大約年公頃 產量為 73 公噸，糖濃度為 16-18%，酒精生產量為 5,000-6,000 公升，約可 生產300 GJ 之能源 (Tsai et al., 2007；楊等, 2006)。
巴西是世界上利用甘蔗生產、消費及輸出汽油酒精主要國家，種植面積 為550 萬公頃，而所生產之甘蔗每噸可產生 138 公斤之葡萄糖及 145 公斤之 蔗渣，而138 公斤之葡萄糖可生產 112 公斤蔗糖或 72 公升之酒精，目前所 生產之甘蔗一半用於製糖，另一半用於製造酒精。印度為世界上第二生產
國，種植面積為436 萬公頃，2005 年甘蔗生產量為 23,232 萬公噸，目前印 度為燃料酒精進口國，其酒精生產量為200 萬公秉 (Moreira and Goldemberg, 1999)。
表三、自1980-1999 年台糖生產糖及其副產品
副產品 (公秉) 年代 糖(噸)
糖蜜 蔗渣 酒精
1980 829,639 240,021 1,725,850 23,600 1985 662,030 215,464 1,488,450 28,351 1990 475,346 188,881 1,258,671 23,616 1995 408,093 148,935 1,021,477 28,726 1999 276,409 108,069 795,342 28,377 (資料來源:Tsai et al., 2007)
二、甜高梁
甜高梁為C4 作物，學名為 Sorghum bicolor L. Moench，原產地為東非，
其後再傳播至整個非洲、亞洲、歐洲、澳洲及美國各地。甜高梁為極度耐旱 作物，種子能夠在旱季休眠以等待雨季來臨，依據不同品種及栽培條件，其 株高可長到120-400 公分，故能被種植在氣候條件惡劣地區。甜高梁全株皆 可利用，種子可食用或作為飼料，而莖稈除可作為青芻飼料或煉製糖蜜 (syrup) ( Nguyen and Prince,1996)。依據 Gnansounou et al., ( 2005) 估算每公 頃甜高梁可生產 1900 公升之糖蜜，但在生長條件差下僅能得到 800-1,200 公升之糖蜜；但因甜高梁產生之糖蜜純度不夠，結晶較困難，故製糖價值不 高；若轉作為酒精用途，則具有極佳之潛力。
一般而言，甜高梁全年皆可種植，春作以三月種植最佳，夏作以四-五 月種植最佳，秋作以七-八月種植最佳，但不同品種及不同栽培期之產量及 含糖量差異極大，其中以春夏作種植最佳，每公頃莖稈產量達35 公噸以上，
而秋作僅約19 公噸左右。Gnansounou et al., ( 2005) 以 4 個甜高梁品種於中 國遼寧省種植，其中品種Tianza No.2 之鮮莖稈產量每公頃為 52.1 公噸最高，
其於品種皆在47-50 公噸之間；而榨汁率以 Wray、Tianza No.2 較高，分別 為 65.4 及 65.3% ；而糖度以 Keller 之 19.50BX 最高，其餘品種分別在 16-190BX 之間；子實產量以 Tianza No.2 最高，每公頃可生產 5 公噸 (表四)。
表四、不同甜高梁品種之性狀
品種
Keller Wray Rio Tianza No.2 鮮 莖 稈 產 量
(公噸/公頃/
年)
49.5 49.8 47.4 52.1 榨汁率(%) 62.2 65.4 59.0 65.3 糖度(0BX) 19.5 18.5 17.5 16.1 子實產量(公
噸/公頃) 2.8 1.8 3.4 5.0
Mamma et al., (1994) 將甜高梁品種 Kelly 收穫後，以 70 bar 之壓力壓榨鮮莖 桿成汁液及壓縮莖桿塊，再比較鮮莖桿、壓榨汁液及壓縮莖桿塊之成分，結 果發現鮮莖桿及壓縮莖桿塊水分含量最多分別為67.2 及 55.8% ；而糖分主 要為蔗糖，鮮莖桿及壓縮莖桿塊分別含14.8 及 8.7%，而壓榨汁液含 19.9%，
另外三者葡萄糖含量皆不高，其餘成分包含纖維素、半纖維素及木質素 (表 五)。而將壓榨汁液及壓縮莖桿塊分別以 1 種及 2 種菌種發酵後，分別在 100 公克之鮮莖桿下製成4.8 及 5.1 公克之酒精。
表五、甜高梁鮮莖桿、壓榨汁液及壓縮莖桿塊 (press cake) 之成分組成
成分 鮮莖桿 壓榨汁液 壓縮莖桿塊
水分 (%) 67.2 55.8
蔗糖 (%) 14.8 19.9 8.7 葡萄糖 (%) 1.5 1.9 1.0
纖維素 (%) 6.4 12.3
半纖維素 (%) 5.0 9.7
木質素 (%) 4.6 8.8
農試所於94 年引進美國 7 個甜高梁種原，進行繁殖與觀察，甜高梁於 94 年 7 月初育苗，7 月 16 日移植至田間，9 月 5 日（移植後 50 天）開始取樣調 查，結果如表 6 及 7。7 個觀察品系株高都已超過 150 ㎝，莖徑約 1.9～2.5
㎝，莖桿基部、中間間先端段固形物差異不大。移植後107 天調查結果如表 7，株高 （含結實穗） 超過 230 ㎝，汁液固形物 (Brix） 含量以 SOR007、
SOR004 及 SOR003 較高，達 18％ 以上。生育期間固形物含量變化如圖一 ，
其中SOR002 及 SOR005 在移植後 93 天達最高，分別為 12.7 及 14.6％，應
0.0
澱粉作物 一、玉米
玉米為禾本科，為世界上最重要之糧食及飼料作物。在 1955 年以前臺 灣玉米年產量約10,000 公噸，可以自給自足。其後經濟結構發展發生改變，
臺灣開始往畜牧業發展，玉米作為飼料之需求增加，因臺灣種植玉米面積不 足，開始由國外大量進口。1984 年起實施稻田轉作計畫，玉米栽培面積開 始快速成長，1982 年種植面積為 39,110 公頃，1988 年達最高為 82,183 公頃，
其後面積開始下降，至 2005 年為 21,150 公頃 (表九) 。臺灣玉米生產可於 裏作、一期作及二期作進行，可分成食用玉米及飼料玉米兩種，以 1991 年 為例，飼料玉米在裏作、一期作及二期作分別種植 52.6、24.4 及 3.4%，其 中以雲林縣之 5089 公頃最多，佔 34.5%；而飼料玉米在裏作、一期作及二 期作分別為52.6、24.4 及 23.0%，其中以臺南縣之 18531 公頃最多，佔 30.0%。
玉米成分主要以澱粉為主，在乾燥完整玉米粒中澱粉含量為73.4%，蛋白質 含量為9.1%，糖含量為 1.9% (盧, 1994)。
美國為世界上第二大酒精生產與消費國家，僅次於巴西。美國液態生質 燃料以生質酒精為主，主要原料為玉米，美國酒精用玉米的消費近幾年增加 非常快，酒精生產消費的玉米量已經超過了澱粉行業，成為美國工業用玉米 消費的主體。 燃料酒精將成為未來玉米酒精加工的主要方向(Gulati et.al., 1996；Kwiatkowski et al., 2006；Rask, 1998；Solomon et al., 2007)。
表九、臺灣玉米生產概況 總計 年代
收穫面積(公頃) 公頃產量(公斤) 產量(公噸)
1982 39,110 3,028 118,419 1985 61,636 3,667 226,010 1990 81,369 4,172 339,436 1996 73,099 6,104 395,412 2000 30,283 5,995 178,315 2005 21,150 6,084 133,653 (資料來源:臺灣農業年報)
二、甘藷
甘藷在植物學分類上為旋花科 (convolvucaceae)，甘藷屬 (Ipomoea)，
原產地是以墨西哥為中心的熱帶美洲。據臺灣文獻記載在17世紀初，明末荷 蘭占領臺灣時期，由福建傳入臺灣栽培，距今已有400多年歷史。臺灣位於
熱帶和亞熱帶之間，環境條件適合甘藷生長，又具有食糧、輔食糧、飼料、
工業及食品加工用等用途，加工及生產較其他食糧作物高，故甘藷成為臺灣 主要食量作物之一。臺灣甘藷栽培面積及生產量，據臺灣農業年報統計，在 民國 35 年以後至民國 62 年各年間，因農村多以甘藷為養猪的主要飼料，
生產和需要量很大，栽培面積保持在 20一24 萬餘公頃，年生產量為 200 一340 餘萬公噸，是臺灣甘藷生產和利用上最高峰的時期。但自民國 62 年 以後，養猪事業逐漸趨向企業經營，又因家畜飼養方法的改善，甘藷作為飼 料用途逐漸為進口玉米所替代，以致甘藷需要量銳減，故栽培面積及生產量 逐年大幅減少。目前甘藷則以食用、食品加工用及葉菜用為主要用途。據民 國 94 年農業年報統計，全臺灣省栽培面積為10,231公頃，年生產量為 21 萬3仟餘公噸，臺灣甘藷種植面積已開始上升 (表十) 。臺灣甘藷之栽培遍及 各縣市，以中南部的雲林、臺南、屏東、高雄及嘉義縣等地區栽培最多，東 部之花蓮及臺東縣等地區為最少。臺灣甘藷栽培季節可分為春作 (即一期 作，2～4月種植)、夏作 (即二期作，5～7月間種植)、秋作 (8～9月間種植) 及裡作或晚秋作 (10～11月間種植)，以秋作及夏作種植者最多，春作種植者 最少 (李1994)。甘藷塊根主要含有澱粉，在秋裡作每公頃塊根產量約 30 公 噸以上，每公頃生產酒精量為 3,750 公升以上。
表十、臺灣甘藷生產概況
總計 年代
收穫面積(公頃) 公頃產量(公斤) 產量(公噸)
1945 135,000 8,700 1,165,000 1960 224,000 12,700 2,979,000 1980 62,000 16,900 1,055,000 1990 12,000 17,000 200,000 2000 9,331 21,314 197,837 2005 10,231 20,918 21,991 (資料來源:臺灣農業年報)
95 年度農試所嘉義分所執行農糧署委託之計畫，以種植甘藷進行「生質酒精 小型量產計畫與成本分析」，分別於義竹鄉、水林鄉及新化鎮等三地預計各種植約 10 公頃，並以臺農 10 號、17 號、31 號、57 號及 66 號進行不同時期的種植及生產 成本的評估，所採收之甘藷運送至臺灣菸酒公司屏東酒廠及臺灣糖業公司利用濕
甘藷產製生質酒精，試驗結果顯示在義竹鄉種植之春作甘藷生產成本為每公頃 63,690 元，每公斤甘藷生產成本為 8 元；在水林鄉種植之秋作甘藷生產成本為每公 頃 85,579 元，每公斤甘藷生產成本為 2.4 元；臺灣菸酒公司屏東酒廠利用甘藷作為 原料，估算其產率為 2.8 公秉/公頃，生產成本為 43~45 元/公升，而臺糖公司利用 甘藷產製酒精，其成本為 27.5 元 (表十一)，兩者差異極大。
表十一、臺糖公司利用甘藷產製酒精之成本評估
項目 成本(元/公升)
淨原料成本 23.44
操作成本(包括：能源、化學
操作成本(包括：能源、化學