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以藻類生產生質柴油之經濟效益評估

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Academic year: 2021

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國 立 交 通 大 學

高階主管管理學程碩士班

以藻類生產生質柴油之經濟效益評估

The Assessment on Economic Benefit of Algal Bio-diesel in Taiwan

研 究 生:張羿宸

指導教授:丁承 教授

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以藻類生產生質柴油之經濟效益評估

The Assessment on Economic Benefit of Algal Bio-diesel in Taiwan

研 究 生:張羿宸 Student:Yi-Chen Chang 指導教授:丁 承 Advisor:Cherng G. Ding 國 立 交 通 大 學 高階主管管理學程碩士班 碩 士 論 文 A Thesis

Submitted to Master Program of Management for Executives College of Management

National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Executive Master

of

Business Administration June 2010

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以藻類生產生質柴油之經濟效益評估 學生:張羿宸 指導教授:丁承 博士 國立交通大學 高階主管管理學程碩士班 摘 要 隨著油價的高漲,環保意識的抬頭,發展新型態且乾淨的替代能 源成為全世界的首要目標。由於生質柴油具有生物可分解性、不含 硫、無苯環化合物、燃燒排放物質較無污染等特性,於最近幾年愈來 愈受到人們的重視,是一種兼顧環保並可永續經營的替代能源。目前 生質柴油大部份由如大豆、油菜及棕櫚等陸生作物的油脂所製成,此 可能引發「與人爭糧」及「與糧爭地」爭議,由於藻類之生長速率較 植物快速,使得以藻類製造生質柴油成為目前研究開發的重點,然國 內卻幾無藻類生產成本相關的資料可循。有鑑於此,本論文針對國內 以藻類生產生質柴油的各種情況加以分析其成本,應用敏感度分析探 討各因素對生產成本的影響,並提出相關建議。 本論文設定三種藻類生質柴油程序及兩個藻類生質柴油情境,經 由各項分析結果得到開放式培養系統、密閉式光生物反應器及異營醱 酵槽培養程序產製藻油的成本及內部報酬率分別為 22.73 元/公斤和 8.91%、27.94 元/公斤和 5.33%、24.83 元/公斤和 5.44%。此外,由敏

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感度分析結果得到三項對藻類生質柴油經濟影響最大的因素,包括: (1)降低光合反應系統的建造成本;(2)增加藻體/油脂生產量;(3)高附 加價值副產物的產量與價值或藻油售價。依此結果所得藻油成本仍無 法與石化原油相比,但已與一般陸生油脂相近,未來仍有很大的機會 能進一步降低成本,做為生質柴油的油脂料源。最後,本論文提出相 關的微藻生質柴油產業經營管理與執行策略及未來能源藻類發展的 建議,提供給國內對藻類生質柴油有興趣的人員參考,期能使其早日 實現商業化生產。 關鍵字:微藻、生質柴油、經濟評估、敏感度分析

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The Assessment on Economic Benefit of Algal Bio-diesel in Taiwan

Student:Yi-Chen Chang Advisors:Dr.Cherng G. Ding

Master Program of Management for Executives National Chiao Tung University

ABSTRACT

With noticeable oil price hike and increasing protective consciousness of environment, it becomes the prime goal for all countries to develop new and clean alternative energy. Biodiesel has received much attention in recent years, since it is biodegradable, contains no sulfur and benzene compounds, and releases less pollutant substances after burning. Biodiesel is an alternative energy that is both environmental friendly and has sustainable operation achievability. Currently, most of the biodiesel is produced from vegetable oils of terraneous oil-crops, such as soybean, rape seed and palm oils. The production of biodiesel from microalgae is a newly emerging field due to it’s larger biomass, larger growth rate compared to those of oil-crops. However, it was rare investigated for the economic assessment of microalgal biodiesel in Taiwan. Therefore, the main purpose of this article was to study the cost of biodiesel from microalgae oil based on domestic conditions and the effects of the relative economic importance of each variable with sensitivity analyses, and then the suggests for future development of microalgae derived biodiesel were proposed.

There were three production procedures and two scenarios for microalgal biodiesel being set in this article. By the analysis results, it was found that the cost and IRR(Internal Rate of Return) of algae oil

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production for open system, close system and fermentation were NT$22.7/kg and 8.91%, NT$27.94/kg and 5.33%, and NT$24.83/kg and 5.44%, respectively. Moreover, from ‘sensitivity analyses’ it is clear that the three most important factors for facilitation of microalgal biodiesel production systems are : (1)The reduction of cultivation systems construction costs ; (2)The increase of biomass/algae oil yield ; (3)Extractable HVP value or oil commodity price. Those analyses obtained that the cost of microalgal oil remain in an higher stage compare with crude oil, but they are now approaching profitability compare with those of terraneous oil. They may be a raw material for biodiesel production with decreasing cost in the future. Finally, the suggestions of business management and execution strategy for biodiesel production by microalgae, and the future researches of microalgae were proposed. Those could be a reference for people who are interesting in the development of microalgal biodiesel.

Keywords : Microalgae, Biodiesel, Economic assessment, Sensitivity analyses

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誌 謝

本論文得以順利完成,首先要感謝擔負論文指導重任的丁承教 授,在百忙當中不辭辛勞,給予本論文最大的指導與協助。在資料的 整理及論文寫作過程中,感謝工業技術研究院能源與環境研究所新能 源技術組李宏台副組長、林昀輝經理、盧文章研究員、王振諧工程師 及提供資料的工研院好朋友們,感謝鴻潔能源科技股份有限公司李得 民執行長、魏秀朱財務長、翁孝元經理、丁樑泉博士、曾美華研究員、 吳文傑研究員及賴鏡安研究員與各部門的好朋友們,提供資料及寶貴 的意見。 感謝口試委員交通大學丁承教授、楊千教授及國防大學傅振華教 授的熱心教導指正。也感謝學長姐思閩、建雄、益傑、祺鐘、雍政、 志宏、美釧、宗昆及葵忠的協助,才得以順利完成碩士班的課業。感 謝我的父母、內人及小孩們在我寫論文期間的支持與鼓勵。所以本論 文能夠完成,要感謝的人太多,謹藉此機會表達無限感謝的心意,也 感謝您的閱讀與不吝指正!謝謝! 張羿宸 謹誌於 高階主管管理學程碩士班 中華民國 九十九 年六月

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目錄

中文摘要……….I 英文摘要………..III 誌謝 ... V 目錄 ... VI 表目錄 ... IX 圖目錄 ... XI 第一章 緒論 ... 1 1.1 研究背景與動機 ... 1 1.2 研究目的 ... 3 1.3 研究步驟 ... 3 第二章 文獻探討 ... 5 2.1 藻類生產生質燃料介紹 ... 5 2.1.1 藻類做為生質燃料的優勢 ... 5 2.1.2 國外研究歷程和最新發展 ... 5 2.1.3 國內研究現況 ... 8 2.2 藻類培養 ... 11 2.2.1 藻類的分類與特徵 ... 11 2.2.2 藻類油脂生成 ... 12 2.2.3 藻類生長與脂質生成的影響因子 ... 13

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2.3 大規模藻類養殖技術 ... 14 2.3.1 培養系統... 14 2.3.2 培養策略... 18 2.3.3 兩階段培養策略 ... 20 2.4 下游藻體採收及藻油萃取技術 ... 20 2.4.1 藻類採收技術 ... 20 2.4.2 藻油萃取技術 ... 23 2.5 藻類於生質柴油生產上的潛力 ... 23 2.5.1 藻類油脂產量 ... 23 2.5.2 藻類生質柴油的可受性 ... 25 2.5.3 藻類生質柴油的經濟分析 ... 25 2.6 生質柴油經濟效益分析 ... 27 第三章 研究方法 ... 33 3.1 藻類生質柴油程序設定 ... 33 3.1.1 培養系統... 34 3.1.2 藻體採收... 36 3.1.3 藻體萃油... 36 3.2 藻類生質柴油情境設定 ... 37 3.3 藻油生產製程經濟評估 ... 38 3.4 藻油生產製程成本之敏感度分析 ... 39 第四章 結果與討論 ... 41

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4.1 藻油生產經濟效益分析 ... 41 4.1.1 開放式培養系統 ... 41 4.1.2 密閉式光生物反應器 ... 44 4.1.3 異營醱酵槽培養 ... 51 4.1.4 相異生產製程經濟分析比較 ... 54 4.2 敏感度分析結果 ... 59 第五章 結論與建議 ... 71 5.1 結論 ... 71 5.2 建議 ... 72 5.2.1 微藻生質柴油產業經營管理上的建議 ... 72 5.2.2 微藻生質柴油未來發展的建議 ... 74 參考文獻 ... 76

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表目錄

表 1.1、不同作物單位面積生質柴油產量 ... 3 表 2.1、藻類在系統學上的分類 ... 12 表 2.3、開放式及密閉式系統的主要特徵 ... 15 表 2.4、密閉式光合生物反應器特性 ... 19 表 2.5、生質柴油原料來源之比較 ... 24 表 2.6、不同微藻之含油量 ... 24 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 ... 26 表 2.8、製造成本及經濟分析條件設定 ... 28 表 2.9、生質柴油損益平衡分析 ... 29 表 2.10、生質柴油廠運轉參數設定 ... 31 表 2.11、以IRR 7%及 14%計算不同原料成本之生質柴油價格 ... 32 表 3.1、藻類生產生質燃料之途徑 ... 34 表 4.1、開放式培養系統參數設定 ... 42 表 4.2、開放式培養系統產製生質柴油各項成本 ... 43 表 4.3、密閉式光生物反應器參數設定 ... 45 表 4.4、密閉式光生物反應器產製生質柴油各項成本 ... 46 表 4.5、生產藻體主要設備清單及成本 ... 48 表 4.6、生產藻體之總及年度固定資本支出 ... 49 表 4.7、生產藻體之直接成本 ... 50

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表 4.8、異營醱酵槽培養參數設定 ... 53

表 4.9、異營醱酵槽培養產製生質柴油各項成本 ... 54

表 4.10、相異生產程序產製生質柴油各項經濟分析比較 ... 56

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圖目錄

圖 1.1、研究流程圖 ... 4 圖 2.1、藻類能源利用技術流程圖 ... 10 圖 2.2、藻類三酸甘油脂合成途徑 ... 13 圖 2.3、生質柴油原料價格變動分析 ... 30 圖 3.1、渠道池藻類培養系統 ... 35 圖 3.2、垂直圓管光生物反應器 ... 35 圖 4.1、各生產程序每年生產總成本分析 ... 57 圖 4.2、各生產程序的生產經濟比較 ... 57 圖 4.3、藻體產率對不同程序藻油成本的影響 ... 61 圖 4.4、藻體油脂含量對不同程序藻油成本的影響 ... 62 圖 4.5、DHA的售價對藻油成本與內部報酬率的影響 ... 63 圖 4.6、剩餘藻體的售價對不同程序藻油成本的影響 ... 64 圖 4.7、密閉式光合反應系統建置成本對藻油成本及IRR的影響 ... 65 圖 4.8、開放式培養系統建置成本對藻油成本及IRR的影響 ... 65 圖 4.9、培養系統建置成本對不同程序之折現回收年限影響 ... 66 圖 4.10、土地租金對不同程序藻油成本的影響 ... 67 圖 4.11、碳交易對不同程序藻油成本的影響 ... 69

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第一章 緒論

1.1 研究背景與動機

隨著經濟的快速發展及人類活動的頻繁,能源短缺已成為全世界極為 關注的焦點。而石油是重要能源之一,因其不可再生性和資源的有限,使 得原油價格的起伏都能造成國際能源、甚至政治層面不小的影響。依據英 國石油公司公佈的「British Petroleum 世界能源統計 2006」指出,截至 2005 年底已知的世界石油儲量,若按照目前 81,088 千桶的開採速度計算,全球 石油儲量僅可供繼續生產 40 年左右[British Petroleum, 2006]。因此,石油價 格與日俱增,原油價格曾於 2008 年 7 月飆漲到 147 美元/桶。而在 2008 年 底受到美國金融風暴的影響,石油平均價格仍然超過 60 美元/桶,仍比 2004 年的平均價格上漲超過 60%。因此,目前世界各國採取兩大主軸做為解決 之道:其一是控制對石油的需求量,節省能源消耗;另一方面則積極開發 新能源及替代性燃料。 在眾多替代性燃料中以生質燃料最受注目,主要為生質柴油及生質酒 精。生質柴油為從植物油(如大豆、油菜籽)或動物脂肪中長鏈脂肪酸的甲基 酯化物衍生而出的燃料;生質酒精則由含糖質、澱粉等作物如玉米、甘蔗 等經發酵、蒸餾、脫水,再經過不同形式的變性處理後生產而來。為一項 可再生性、減少對傳統石化能源依賴及溫室氣體排放的替代能源,但其大 量生產的結果,導致對農作物的大量需求,造成「與糧爭地」的爭議及糧 食價格不斷上漲,並可能進一步導致發展中國家的糧食短缺。有鑑於此, 尋求新一代低成本且含油量高的原料來源,為目前各國主要研究方向,而 「微藻」便是一個新的原料來源。 生質柴油是一項兼具環境友善及永續性的潔淨替代燃料,受到國際的 重視並競相發展,而國內在能源局的推動下,從 2008 年的「綠色公車」、「綠

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色城鄉」等示範計畫實施,至 2009 年 7 月已全面實施 B1 生質柴油,全國 加油站之市售柴油中皆添加 1%的生質柴油,且預定今年將全面實施 B2 生 質柴油。由於國內在推行生質柴油的政策上已明確,未來使用量可期,使 得國內生質柴油產能快速增加,可預見料源的供給將成為短期內限制該產 業發展的重要因素,如何開發永續的非糧油脂原料是一項極重要的課題。 由於藻類之生長速率較植物快速,在各種生質物中,藻類具有生長快速及 CO2零排放之優點,進而降低二氧化碳濃度、無毒性等特性[Li et al., 2008; Chisti, 2008],經大規模養殖後,乾燥的藻細胞其油脂經萃取,再經轉酯化 即可產製出生質柴油。依據國外研究顯示,於相同單位土地面積下養殖微 藻類的油脂收成量遠高於(>10 倍)種植油脂作物收成量(見表 1-1) [Hu et al., 2008; Schenk et al., 2008],且藻體仍可進一步的加值應用,是一項極具發展 潛力的研究課題。由於我國是一個海島國家,地處亞熱帶,西部沿海地區 氣候適於藻類的養殖,對於耕作面積少且海岸線長的我國而言,此為增加 生質柴油料源的另一項選擇,值得國內進一步研究開發。 以藻類製造生質柴油已成為目前研究開發的重點,各國眾多的研究機 構、生質燃料公司、投資公司在該領域也投入大量人力及資金進行相關研 究。目前在技術上已證實使用微藻大量生產生質燃料是可行的,然在國際 上仍未達微藻生質柴油商業化生產階段,主要是由於油脂微藻培養及下游 程序成本偏高。因此,能源微藻生質柴油要真正成為一種替代能源,降低 微藻油的生產成本至關重要。國外已有許多研究針對微藻生產生質柴油的 成本進行探討,相互間仍有相當的出入,而國內對於藻類生質柴油的研究 投入正方興未艾,然基於國內情況的藻類生產成本卻幾無相關的資料可 循。有鑑於此,本論文將針對國內以藻類生產生質柴油的各種情況加以分 析其成本,並應用敏感度分析探討主要變數對生產成本的影響,提供國內 對藻類生質柴油有興趣的人員參考。

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表 1.1、不同作物單位面積生質柴油產量 原料 產量(公升/公頃-年) 大豆(Soybean) 450 油菜籽(Rapeseed/Canola) 1,200 痲瘋果(Jatropha) 1,900 油棕(Oil Palm) 5,900

藻類[Algae (open system)] 11,000 - 112,000 藻類[Algae (close system)] 58,700 - 136,900

1.2 研究目的

評估可行的藻類上、下游產製生質柴油製程,設定藻類生成生質柴油 程序的情景,基於以國內情況的各項成本評估藻類生產生質柴油之經濟效 益,並完成影響成本各項因素的敏感度分析,據以提出相關的建議方案, 提供國內在藻類生質柴油研究發展的參考。

1.3 研究步驟

本論文的研究流程如圖 1.1 所示,主要步驟為: 1.蒐集藻類培養、採收、萃油及轉製成生質燃料各項技術資料,並 加以彙整分析,做為情境設定依據。 2.經由資料分析,評估可行的藻類上、下游產製生質柴油技術,設 定藻類由培養、採收到產製生質柴油的程序。 3.設定各情境(如產量、高單價物質產出、…),做為經濟評估依據。 4.依據上述所設定的程序及情境,應用國內情況的各項成本以評估 藻類生產生質柴油之經濟效益。

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5.列出可能影響成本的因素,並針對這些因素進行敏感度分析。 6.由敏感度分析結果,提出藻類生質柴油未來發展建議。 圖 1.1、研究流程圖 蒐集及分析藻類 生產生質燃料技術 評估可行藻類 生質柴油程序 情境1 含高單價物質 情境設定 情境2 生質柴油生產 基於國內情況 的經濟效益評估 影響成本各因素 的敏感度分析 提出藻類生質 柴油未來發展建議

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第二章 文獻探討

2.1 藻類生產生質燃料介紹

2.1.1 藻類做為生質燃料的優勢 早在1950年代,美國麻省理工學院即在校園內建築物的屋頂進行養殖 藻類生產生質燃料的實驗,並在研究報告中第一次提到了藻類生質燃料。 而藻類可做為生質燃料潛在的優勢則如下列所示[Hu et al., 2008]: 1.合成並累積大量中性脂質或油脂 (20-50 % DCW)。 2.生長快速。 3.可於鹽水/鹹水/沿岸的海水中生長。 4.可忍受不適合於傳統農耕的邊際土地 (Marginal land)(如沙漠、乾旱或半 乾旱土地)。 5.可利用各種廢水來源(如農耕溢流、工業及都市廢水)中的生長營養源, 如氮源及磷源,提供廢水生物降解的額外好處。 6.可吸收從石化燃料發電廠及其他來源所排放的煙道氣二氧化碳,因而降 低主要的溫室氣體排放量。 7.產生有添附加價值的產物或副產物(如生物聚合物、蛋白質、多醣、顏料、 動物飼料、肥料及氫氣)。 8.生長於適當的培養槽(光合生物反應器),每年單位面積的細胞產量幾乎 為陸生植物的十倍。 由於藻類做為生質燃料的料源具有許多優勢,在油價高漲的今天,此 方面的開發已成為研究的重點項目之一。 2.1.2 國外研究歷程和最新發展 對微藻的研究早在 1950 年代就已經開始,但真正成為研究焦點則是在

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2005 年以後。經由文獻檢索可以發現,有關藻類生產生質燃料的論文,在 1990 年代時數量並不多,到 2000 年後數量開始大幅度增長,尤其是 2007 年後數量激增,研究增長趨勢十分的明顯。

於 1978 年,美國能源部通過國家可再生能源實驗室(The National Renewable Energy Laboratory, NREL)啟動的一項利用微藻生產生質柴油 (biodiese1)的水生物種計畫(Aquatic Species Program, ASP),研究內容從微藻 篩選、微藻生長機制分析、微藻基因轉殖到模廠測試。研究人員經過十多 年的努力,從美國西部、西北、西南部和夏威夷等地分離篩選到了 3,000 多 株微藻,最後選擇了其中的 300 多株,並對其中生長速度快、脂肪含量高 的微藻進行大規模培養。在實驗室研究的基礎上,研究人員在美國加州、 夏威夷州、新墨西哥州等地進行了模廠放大。模廠運轉了一年,可獲得高 達 0.05kg/(m2 .d)的微藻量,微藻含油量達到 40%-60%。本計畫於 1996 年因 當時油價太低(約 30 美元左右)而終止,總計 1978-1996 年累計投入的研發 經費達 2,505 萬美元。該研究室是迄今對微藻研究最全面和權威的機構。由 於油價上漲,2007 年底美國能源部又將這個中斷了 11 年之久的項目重新啟 動[Biofuels Digest, 2008]。 從 1990 年到 2000 年,日本國際貿易和工業部資助了一項名為「地球 研究更新技術計畫」的項目,此項計畫是利用微藻來生物固定 CO2,並著 重開發密閉式光合生物反應器技術,通過微藻來吸收火力發電廠煙道氣中 的 CO2,以生產高附加價值的生質能源。該項計畫共有大約 20 多個私人公 司和政府的研究機構參與,10 投入大約 25 億美元進行研究,總共分離出 10,000 多種的微藻,篩選出多株耐受高 CO2濃度、高温,生長速度快,能 高密度培養的藻種,建立光合生物反應器的技術平台以及微藻生質能源開 發的技術方案。為增進微藻生質能源等生物技術在温室氣體控制中的實用 性研究、開發和示範成果,2000 年和 2001 年分别在澳洲和義大利舉辦多場

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研討會,對於利用微藻來生物固定 CO2研究領域的技術基礎進行了評價, 同時對該項研究提出建議[Pedroni et al., 2002]。 進入 21 紀後,藻類研究逐步從實驗室走向中型規模驗證和生產放大階 段。2002 年,美國辛蒂亞國家實驗室在 LiveFuels 公司資助下,利用分子生 物學技術進行增加微藻細胞含油量和產量方面的研究,經過 5 年的研究, 製得性能類似大豆油的微藻油,油脂含量豐富,可生產生質燃料。其研究 更指出,應用此成果僅需美國土地面積的 0.3%就可生產出滿足全美國需要 的運輸用燃料,而該項目的目標是到 2010 年研究獲得經濟可行的生質柴油 [錢伯章,民 96]。2005 年 12 月,第一輛採用微藻燃料和大豆油(調合比例 為 1:9)的示範車輛在印度進行了 1,500 公里的實車道路試驗。 除了研究機構外,許多的生質燃料公司、投資公司也投入了藻類研究 領域。美國 Sapphire 公司 2008 年 9 月宣佈投資 l 億美元發展養殖微藻生產 生質燃料的研究,Sapphire 公司有兩個引人注目的投資商:比爾蓋茲私人名 下的一家投資公司(Cascade investments)和為洛克菲勒家族服務的投資合作 商(Venrock Partner)。Sapphire 公司宣稱經由一種結合太陽光、二氧化碳和 光合微藻的技術研製出辛烷值達 9l 的「綠色」汽油。而且生產的「綠色」 燃料與從煉油廠到加油站的銷售網絡設施完全相容,顯示了微藻汽油與第 一代生質酒精相比的優勢所在[Worldwide Refining Business Digest Weekly, 2008 ]。美國生物技術公司 Solazyme 於 2008 年 7 月生產出第一批微藻基可 再生生質柴油,並已通過美國材料試驗協會(ASTM)D-975 規格的驗證 [Biofuels Digest, 2008]。

美國國際能源公司(International Energy)於 2007 年 11 月初宣佈啟動「微 藻產油」研發計畫,將從基於微藻的光合作用來生產可再生柴油和噴氣燃 料[Renewable Energy World, 2007]。美國 GreenFuel 技術公司開發的微藻技 術於 2005 年在 Arizona 的 APS 電廠完成了模廠測試,其選用高生長率的微

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藻,置於裝有水的大型試管內,並曝露於直接的陽光照射下。美國 Algenol 公司 2008 年 7 月宣佈在美國 Maryland 投入世界上最大的微藻養殖場,目標 是在美國沿海地區建置微藻製酒精工廠。該公司估算可從 l 畝(約為 4046.9

m2)土地生產 11,950 公升酒精。按照估計,如果美國所需酒精全部從微藻製

取,則僅需使用穀物製取酒精需用土地的 3%[Green Energy Trends, 2008 ]。 美國可再生能源集團(REG)於 2008 年 8 月宣佈,該公司已擁可煉製和 生產大量高品質的微藻生質柴油商業化技術,其品質可達 ASTM D6751 和 EN 14214M 標準。REG 公司計畫採用其開發的預處理技術對粗微藻油進行 淨化和精製,然後採用與目前商業化規模生質柴油生產過程相似之系統, 使之轉化為生質柴油[Renewable Energy World, 2008]。美國 Valencent 產品 公司和全球綠色解決方案公司合作開發的 Vertigro 技術正處於商業應用準 備階段。包括微藻生長、微藻採收和藻油萃取用於生質柴油 3 個步驟。技 術的核心是連續閉環生物反應器。在 25-30 天之後就可收集微藻,微藻的含 油量約為 50%。Vertigro 技術的生質柴油產量要比用一般農作物生產的生質 柴油增加 20 倍,用水量只有 5%[Ondrey, 2008]。 此外,石油公司也加入了養殖微藻生產生質柴油的研究開發。Shell 公 司與美國從事微藻生質燃料業務的 HR 生質石油公司(HR Biopetroleum)於 2007 年 12 月合組 Cellena 公司,在夏威夷用面積 2.5 公頃的實驗基地做為 微藻養殖場,並建設以微藻生產藻油再轉化為生質燃料的模廠設施,進行 為期 2 年的生質柴油生產實驗。Chevron 公司也與美國可再生能源國家實驗 室、Solazyme 公司簽署了協議,共同開展研究工作。 2.1.3 國內研究現況 在國內,藻類養殖於 60 年代曾盛行一時,主要是做為健康食品用途。 到目前國內綠藻的年生產量達 5,000 公噸以上,是全球綠藻最大的綠藻生產

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國家,也有多家藻類生產廠商(如遠東藍藻公司、味丹公司)。因此,國內對 於藻類的篩選、養殖及採收等已有良好的基礎,然而對於大規模培養微藻 產製價格較低的生質燃料則較無經驗,且其所需的相關技術差異性很大, 而國內也是近幾年才針對此方面加以研究開發,在學術界以成功大學吳文 騰教授研究團隊投入藻類培養萃取油脂做為生質柴油的研究最為積極,也 極力推動相關技術發展,目前其在藻類養殖(主要為綠藻)及其環境影響、油 脂快速檢測方法(利用色差方式)、油脂累積策略(二階段培養)、反應器設計 及高光利用率等方面都有不錯的研究結果,也計畫與台電公司合作進行戶 外實地培養。而交通大學林志森教授應用突變工程技術使油脂綠藻於較高 溫度下仍能有效成長,適合戶外高溫情況下生長。此外,其更探討在高的 初始轉殖濃度(1 g 乾藻重/L)下,以不同的採收率連續培養,採收濃度可達 5 g 乾藻重/L,且可容忍含 10% CO2的通氣培養。至於較大型的藻類研究則有 工研院能環所於 2005 年執行經濟部能源局委辦之「生質燃料技術開發與推 廣計畫」,開始進行微藻產製生質柴油之研究工作,由台灣沿海地區篩選出 35 株台灣周圍海域海水藻,並以等邊金藻進行生長因子影響之培養分析。 為了能實現具經濟效益之藻類能源利用,許多技術仍待開發與突破,這些 包括改善藻類生物特性以提高油脂產量、提升光合生物反應系統的效能及 利用生物精煉(Biorefinery)的概念充分利用藻體產製有價產品等,對於整體 藻類能源利用的流程如圖 2. 1 所示。有鑑於此,工研院更於 2009 年針對油 脂微藻篩選以及養殖與基改技術開發、微藻養殖系統測試平台建立與光合 反應器開發、藻體採收與藻油萃取最適化下游製程開發及製程經濟與生命 週期評估等四大項進一步全面研究探討,期開發出國內本土藻類生質柴油 技術[經濟部能源局,民 98]。除海水藻之篩選外,國內水庫或水域中,曾 出現之淡水藻亦有油脂含量高達 40%以上之藻種,亦值得做進一步的探討。

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圖 2.1、藻類能源利用技術流程圖 目前國內生質柴油推動已積極的展開,現今已全面實施 B1,生質柴油 用量達 45,000 公秉,為亞洲國家中第一個全面實施的國家,而 2010 年將全 面實施 B2,生質柴油用量將達 100,000 公秉,開發生質柴油自產料源為一 項刻不容緩的工作,兼具能源安全與環境保護雙重效益。由於我國是一個 海島國家,地處亞熱帶,西部沿海地區氣候適於藻類的養殖,對於耕作面 積少且海岸線長的我國而言,此為增加生質柴油料源的另一項選擇,除了 再生燃料的取得外,附加固定廢 CO2或處理廢水,對於土地面積小的國家, 具有相當的競爭性,值得加以研究開發。此外,國內多處海埔新生地、火 力發電廠旁皆為合適的藻類養殖場址,而台灣沿海有許多漁業養殖魚塭已 閒置不用,如將其修正為藻類養殖塘,亦可減少工程機械的成本,增加發 展可行性。對於培養藻類衍生天然油脂以製造生質柴油的構想是自藻體進 行油脂萃取,然而為考量經濟成本及效益方面,在油脂萃取部分可分為兩 階段;首先將高附加價值物質分離出來,再予以利用,其餘的油脂質再去 進行生質柴油的製作,此外剩餘藻體仍可產製其他有價產品,提高整體經 濟效益,促進產商投資意願。 高效率光合 藻類培養系 統 陽光 CO2 藻類採收 系統 高油脂藻類 篩選及培養 油脂萃取與 藻體利用技 術 生質柴油 高單價油脂 藻體綜合利用

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2.2 藻類培養

2.2.1 藻類的分類與特徵 藻類(拉丁文為 Algae),這個名詞最早即定義為低等的水生植物,而與 一般陸地植物區分,但其實藻類的蹤跡並不僅限於水中,舉凡陸地(如石頭、 土壤、建築物上)、水域(淡水、海水、半鹹水),甚至沙漠、雪地或溫泉中 都有藻類的蹤影[徐明光,民 88]。藻類與植物具有共同的特點是具有光合 作用 (photosynthesis)的能力,幾乎所有藻類都具有葉綠素 a,能吸收光能和 營養鹽類而行光合作用。 傳統的藻類分類學主要依據藻體色素種類、細胞壁成分、鞭毛數目、 型態構造、光合作用儲存產物、著生位置等進行區分,而伴隨著科技發展 及儀器的進步,學者對藻類的區分更為詳細,Bold and Wynne 已將藻類區 分成十個藻門,如表 2. 1 所示[Bold and Wynne, 1985]。此外,也有學者將金 黃藻門中的黃藻綱和矽藻綱提升成黃藻門(Xanthophyta)及矽藻門 (Bacillariophyta)而成為十一個藻門[徐明光,民 88]。 藻類在長期演化過程中,以自身的構造、生理特點適應著生活環境, 從而形成了各種生態群。就藻類依其在水中生活的習性可分為(1)浮游性、 (2)底棲性、(3)附著性、(4)共生性等四大類,以前三者居多。其中的浮游性 藻類,個體大小通常在數微米到兩百微米間,僅少數種類超過兩百微米[徐 明光,民 88],因此用肉眼看不清其形態和結構,必須使用顯微鏡觀察,又 稱之為「微藻」 (Microalgae)。微藻會漂浮在水層中,雖然有些微藻具有鞭 毛,但仍無法抵抗較大外力的擾動。微藻個體雖小,但種類多,數量也多, 包括了藻類的絕大部分,如生活在海洋中的矽藻和甲藻等浮游藻類是海洋 重要的初級生產者,而淡水中種類最多則包含藍綠藻門、綠藻門、裸藻門、 矽藻門[梁象秋等,民 87]。

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表 2.1、藻類在系統學上的分類

門 (Division) 俗名 (Common name)

藍綠藻門 (Cyanophyta) 藍綠藻 (Blue-green algae) 原綠藻門 (Prochorophyta)

綠藻門 (Chlorophyta) 綠藻 (Green algae)

輪藻門 (Charophyta) 輪藻 (Stoneworts )

裸藻門 (Euglenophyta) 游藻 (Euglenoids)

褐藻門 (Phaeophyta) 褐藻 (Brown algae)

金黃藻門 (Chrysophyta) 黃藻,矽藻

(Golden, yellow-green algae, diatoms) 甲藻門 (Pyrrhophyta) 甲藻 (Dinoflagellates)

隱藻門 (Cryptophyta) 隱藻 (Cryptomonads)

紅藻門 (Rhodophyta) 紅藻 (Red algae)

2.2.2 藻類油脂生成

藻類三酸甘油脂 (Triacylglycerol, TAGS)的合成如圖 2. 2 所示[Hu, 2008]。帶有 CoA 的脂肪酸鏈(Acyl-CoA)藉由 cytosolic glycerol-3-phosphate acyl transferase 轉移至 glycerol-3-phosphate (G-3-P)的 1 和 2 位置上,產生中 間產物 phosphatidic acid (PA),PA 被去磷酸酶(Phosphatidic acid phosphatase) 去磷酸化後,形成 diacylglycerol (DAG)。最後 DAG 經由 diacylglycerol acyltransferase 所催化將第三個 Acyl-CoA 轉移至 DAG 上第 3 個位置。

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圖 2.2、藻類三酸甘油脂合成途徑 (1) Cytosolic glycerol-3-phosphate acyl transferase. (2) Lysol-phosphatidic acid acyl transferase.

(3) Phosphatidic acid phosphatase. (4) Diacylglycerol acyl transferase.

2.2.3 藻類生長與脂質生成的影響因子 藻類脂肪酸的組成及 TAGS的含量與種或株特異性有關,且最終可歸因 於生物體內遺傳訊息所控制的結果,而藻類在較適生長或有利的環境條件 下只會生產少量的 TAGs,反之,當藻類生長於具壓力的條件下,由於某些 化學或物理因子的刺激下,常會有大量 TAGs 的合成累積,並伴隨著細胞中 脂質和脂肪酸組成有不同的變化[Hu, 2004],影響藻類的生長和脂質生成的 影響因素可分為三大部分,包含化學性因素、物理性因素以及生物性因素, 如表 2. 2 所示。 表 2.2、影響藻類生長及脂質生成的因子 化學性因子 營養源 鹽度 培養基酸鹼度 物理性因子 溫度 光照強度 光照週期 生物性因子 藻株生長期及年齡

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2.3 大規模藻類養殖技術

2.3.1 培養系統 利用微藻來生產生質柴油的關鍵是要獲得大量廉價的微藻油脂,而這 就需要應用微藻大規模培養技術。用於生質柴油生產的微藻培養系統具有 以下優勢:(1)光能轉化效率高;(2)採用智慧分批生產方式,幾乎全年都可 以採收,能提供穩定可靠的原料油供應;(3)可以利用海水或鹽鹼水甚至是 污水進行生產,因此能大大減少淡水的使用;(4)能把碳中性燃料生產與CO2 捕捉有機耦合起來;(5)生產的生質柴油無毒而且可高效生物降解,即使洩 漏也不會污染環境。 目前,微藻培養主要有開放式及密閉式兩種光合生物反應器。開放式 光合生物反應器構建簡單、成本低廉及操作簡便,但存在易受污染、培養 條件不穩定等缺點。密閉式反應器培養穩定,可無菌操作,易進行高密度 培養,已成為今後發展的方向,但是利用光合反應器培養藻體的成本高, 是其商業化的主要障礙。一般密閉式光合生物反應器有管狀、平板式、圓 柱狀氣升式及攪拌式醱酵槽等。對於開放式及密閉式兩種光合生物反應器 主要設計特徵說明如表 2. 3 所示[Carvalho et al., 2006]。 1. 開放式光合生物反應器

所謂開放式光合生物反應器就是指開放池培養系統(Open pond culture system)。其培養技術經過了廣泛深入的試驗,已普遍應用於商業化微藻大 規模培養,它具有投資少、成本低、技術要求簡單等優點。主要有四種類 型,包括淺水池、循環池、渠道池式、池塘。其中最典型、最常用的開放 池培養系統是 Oswald 設計的渠道式反應器(Race-way photobioreactor)。該類

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環形淺池。以自然光為光源和熱源,靠軸輪轉動的方式使培養液於池內混

合、循環,防止藻體沉澱並提高藻體細胞的光能利用率;可通入空氣或 CO2

氣體進行鼓泡或氣升式攪拌。為防止污染,減少水分蒸發,生產中常在池 體上方覆蓋一些透光薄膜類的材料,使之成為密閉池。目前國際上較著名 的大規模生產微藻的公司(如 Cyanotech, Earthrise Farms 等)均採用這種反應 器,在螺旋藻、小球藻和鹽藻的大規模培養中獲得良好的效果。 表 2.3、開放式及密閉式系統的主要特徵 特徵 開放系統 密閉系統 比表面積註一 較小 較大 藻株篩選 較為限制 較有彈性 藻株篩選主要條件 生長競爭力 剪應力抵抗能力 細胞濃度 較低 較高 收穫效率 較低 較高 培養期 受限 較可延長 汙染機率 較大 較小 培養液蒸發 較大 可避免 光利用效率 差/尚可 尚可/好註二 氣相質傳 差 尚可/高 溫度控制 無 好 影響成本最大因素 混合因素 氣體控制、溫控 投資成本 較小 較高 註一:將原文開放系統比表面積「較大」改為「較小」,密閉系統比表面積「較小」改為「較大」 註二:根據光對不同材質的穿透度有所不同

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雖然開放式光合生物反應器在微藻培養中有一定的效果。但是開放式 光合生物反應器仍存在下列不足:(1)易受外界環境影響,難以保持較適宜 的溫度與光照;(2)會受到灰塵、昆蟲及雜菌的污染,不易保持高生物質量 的單一藻種培養;(3)光能及 CO2利用率不高,無法達到高密度培養;這些 因素都將導致細胞培養密度偏低,使得採收成本較高,能適應大池培養的 微藻藻種必須是在極端環境下能快速生長的藻種,只能用於螺旋藻、小球 藻及鹽藻等少數能耐受極端環境的微藻培養。對於要求溫和培養條件和種 群競爭能力較弱的微藻,則只能採用密閉式光合生物反應器培養。另外, 對於高單價的微藻產品生產,以及將來的基因工程微藻,研製高效、易於 控制培養條件的新型光合生物反應系統,以實現高密度純種培養,已經成 為微藻培養技術的發展趨勢。 2. 密閉式光合生物反應器 密閉式光合生物反應器開發雖已有近 50 年的歷史,但最快的進展還是 近 10 年的事。自 1990 年代以來,提出了大量相關專利。與開放式光合生 物反應器相比,密閉式光合生物反應器具有以下優點:(1)無污染,能實現 單一藻種、純種培養;(2)培養條件易於控制;(3)培養密度高,易採收;(4) 適合於所有微藻的光自營培養,尤其適合於微藻代謝產物的生產;(5)有較 高的光照面積與培養體積之比,光能和 CO2利用率較高等優點。因此近年 來國外研究和開發利用較快,以實現了高密度商業化培養。目前一般密閉 式光合生物反應器有管狀、平板式、圓柱狀氣升式及攪拌式醱酵槽等,以 下將針對這些型式反應器的特性做一說明。 (1) 管狀光合生物反應器 管狀光合生物反應器一般採用透明的直徑較小的硬質素料或玻璃、有 機玻璃管,彎曲成不同形狀,利用透明的管道,藉助外部光源條件下進行

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工廠化繁殖生產藻類的方式。由於密閉的管道系統容易與其他加工設備配 套,可用幫浦把管道內生長到一定生物量的藻體傳遞到下道工序,因而整 個過程可以實現自動化的生產過程。 這種反應器最早出現在 1950 年代,Pirt et al. [1983]已建立了細管(管徑 1 公分)光合生物反應器的設計和操作理論及電腦控制裝置,在這個基礎 上,Torzillo et al. [1993]設計和建造了雙層管狀光合生物反應器用於螺旋藻 的室外培養。為了提高光能利用率,Lee et al. [1995]和 Miyamoto et al. [1988] 都對水平設置的管道進行改進,採用α-斜管或螺旋盤管狀光合生物反應 器,並做了大量的基礎理論和應用研究。在諸多的密閉式光合生物反應器 中,管狀光合生物反應器發展最快,其可靠性、有效性和低成本日益引起 人們的重視。

(2) 平板式光合生物反應器

Ramos de Ortega and Roux [1986]開發平板式光合生物反應器。由於該 類型的反應器具有光利用率高、易放大培養、易清洗、其內部的貼壁生長 和外部的鹽沉澱容易處理。構造相對簡潔,可以隨意調節放置角度以便使 其獲得最佳的取光效果。陽光有一部分直接射到反應器板面,大部分是通 過反射或散射進入反應器,這種反應器具有光能利用率高、容易加工製造、 可以根據需要設計不同的光徑以及操作條件容易控制等優點,使其成為具 有良好使用價值的光合生物反應器。其短的光通路及氣流強烈攪動,是實 現高密度高產培養的有利條件。 (3) 圓柱狀氣升式光合生物反應器 混合體系是光合生物反應器結構設計的關鍵之ㄧ,圓柱狀氣升式光合 生物反應器的主體通常由外管和內管組成,通過氣流傳動使藻液在內外管 間循環,提高藻類的光能利用效率和質傳效率,同時防止培養液中溶氧過 飽和[Sánchez et al., 2002]。氣升式反應器已用於微生物醱酵和動、植物細胞

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培養且符合大多數藻類培養的基本要求。 (4) 攪拌式光合生物反應器

機械攪拌式生物反應器是廣泛用於規模培養微生物的生物反應器,具 有技術條件成熟、易於控制等優點,只要配套光源,就可成為培養微藻的 光合生物反應器,因此可利用現有醱酵工程技術開展微藻的研究開發工 作,國外許多學者在這方面都做了嘗試[Huang and Rorrer, 2003]。

針對這些型式反應器的特性說明如表 2.4。 2.3.2 培養策略 生物培養策略主要可分為三種,包含批次培養(Batch)、饋料批次培養 (Feed-batch)、連續式培養(Continuous)。批次培養是最簡便的培養方式,生 物接種於固定量的培養液中,在培養期間不添加任何新的培養液,可用於 小規模的研究,此外對於設備的要求較低因而成本較低。然而批次培養存 有許多缺點:細胞代謝營養源產生之物質可能隨時間累積,也造成毒素的 形成;營養源用盡時,老化的細胞可能會趨向死亡途徑;長期培養下細胞 生長緩慢,主要營養源消耗而其他代謝產物累積,可能會影響到細胞生長 週期,甚而產生產物的回饋抑制作用。另一常見的缺點是批次培養只能用 於一次實驗條件就必須重新清理而花費時間[Najafpour, 2007]。 連續式的培養是指培養期間以一定的速率添加含有細胞的新培養液於 反應器中,同時也移去相同體積含有老化細胞的培養液。連續式的培養有 許多的優點:生長速率被控制且細胞濃度維持一定;新鮮培養基的加入使 得細胞不易處於衰退期;培養液的恆定可得到最大產率;可避免掉細胞的 二次代謝物等。然而缺點是須控制精密之設備以維持恆定的流量,避免細 胞移除速率大於生長速率,因此成本提高,此外,細胞在長期操作培養下 可能會產生細胞生長及產物的變異[Najafpour, 2007]。

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饋料批次培養則介於批次及連續式培養間,於培養期間內間斷或連續 添加不含細胞之培養液,直到培養體積達設定的量。根據生物體生長速率 及生長期,適時適量的添加營養源,可使細胞或產物的生成達到最大產率。 表 2.4、密閉式光合生物反應器特性 反應器型式 圖形 特性 限制 水平管狀 大的光照面積、適合 室外培養、相當好的 生質物產率、相對較 便宜 pH 值、溶氧及 CO2 濃度 隨著管長 有梯 度變化、污染阻塞、 具有 某種程度 的藻 類附 著於內壁 的成 長、較大的土地空間 需求 垂直管狀 高質量傳送速率、在 低剪應 力 情況 下可 得 到 好 的 混 合 效 果、低能耗、具高的 規模放大潛力、易消 毒、易調節溫度 、適 合 固 定 化 藻 類 培 養、降低光抑制及光 氧化現象、便宜 小的光照面積、建造 所需材質精緻、剪應 力對 藻類培養 的影 響、隨著規模的放大 照光表面積減小 平板型 大的光照面積、適合 室外培養、適合固定 化藻類培養、良好的 光路徑、良好的生質 物 產率、 相對 較便 宜、易清潔、易調節 溫度、低溶氧增加量 規模放大 較困 難需 要許多的 區隔 物及 支撐材質、培養溫度 控制困難、具有某種 程度的藻 類附 著於 內壁的成長、剪應力 對某些藻 類可 能有 影響 攪拌槽 操 作參數 可完 全控 制,維持長時間的無 菌培養、技術條件成 熟、易於控制 (s/v)值低,導致光利 用率差、需建置內部 照明方式,提供更均 勻的光分佈、放大困 難 資料來源:經濟部能源局,民 98。

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2.3.3 兩階段培養策略

為了增加藻類細胞中油脂的含量,藻類細胞常培養在營養源缺乏的環 境,如氮源缺乏的環境下,然而這樣的培養環境可能也會造成藻類細胞生 長的限制,降低細胞濃度,因此藻類細胞的培養應分為兩個階段:(1) 細胞 數目增加期(A cell-number-increasing stage),在此時期細胞大量繁殖而增加 細胞數目,對單一細胞而言細胞大小及重量只會有些許的增加。(2) 細胞體 型增長期(A cell-size-increasing stage),在此時期細胞停止繁殖分裂,因此細 胞數目並不會有太大的增加,然而由於細胞內脂質逐漸累積,導致細胞的 體型也隨之增長變大[Chi et al., 2009]。 上述兩階段培養策略的概念已應用於藻類蝦紅素(Astaxanthin)的生產 [Fabregas et al., 2001],此外也有研究者利用兩階段培養方式培養綠藻 Chlorococcum sp.來生產類胡蘿蔔素(Ketocarotenoid),在藻類第一階段生長 中以葡萄糖為碳源進行異營生長來提高生質量;第二階段則利用光照及化 學壓力等環境下誘導類胡蘿蔔素的生成[Zhang and Lee, 2001]。另外,有研 究人員控制培養基內的溶氧量培養Schizochytrium limacinum,在細胞濃度增 長時期約以4-8%之溶氧量操作,而在油脂累積的時期則以低於1%之溶氧量 的策略來增加生產DHA的產量[Chi et al., 2009]。

2.4 下游藻體採收及藻油萃取技術

2.4.1 藻類採收技術 微藻生物量的採收過程是生產過程的一個限制因素,因為正常生產中 的藻濃度相對較低,約為0.1-1.0 g/L,並且藻細胞很小,很脆弱,易受到損 傷破裂。因此,用常規的動力離心、過濾及自然沉澱法不能有效地收集藻 體。已有人運用化學凝集法、過濾法、氣浮法收集微藻的嘗試,但這些方

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法都有一定的優勢和局限性。 微藻生長到指數生長期末期,微藻密度達到最高,應當採用一定的方 法,將其從培養液中分離出來,根據微藻的特性選擇不同的方法和試劑。 同時也要考慮到經濟因素,所以一般採用化學凝集法、離心法、和加壓浮 除法等幾種方法採收微藻。 1. 化學凝集法 凝集沉澱是一種傳統的生物分離方法,其凝集機構主要有3種理論:(1) 膠體理論,把細胞直接當作膠體溶液中的膠粒來解釋凝集過程。認為凝集 過程是由於細胞表面的極性基團引起的表面吸附使表面吸附自由能降低的 過程[Erilsson, 1981]。(2)聚合物架橋理論,有研究指出細胞表面會分泌出許 多聚合物,如蛋白質、多醣體等,這些聚合物在細胞表面形成胞外纖絲, 認 為 細 胞 的 凝 集 是 由 於 這 些 胞 外 纖 絲 相 互 架 橋 交 聯 而 形 成 [Megreor, 1969]。(3)電雙層理論,大多數生物細胞表面都帶有一定的電荷,凝集過程 是加入電解質後,相同電荷排斥以及細胞表面水合程度不同而產生聚集; 同時細胞表面的離子鍵和氫鍵參與了細胞的凝集過程[Kakii, 1985]。 2. 離心法 離心分離是生物分離中常用的一種強制式的機械分離方法,幾乎所有 的微藻都能用離心法來分離。目前在微藻分離中應用較多的是自動排渣的 碟式離心分離機,易於操作,並能連續工作,這對大規模的水量處理來說 是必要的。日本天然日技術公司採用離心法採收鹽藻,其鹽藻養殖生產過 程全部參數由電腦來顯示和自動控制,當鹽藻生長的生物量濃度達到一定 量時,電腦自動控制,以連續進料,穩定轉速離心分離藻體懸浮液,自動 排出的鹽藻乳液經噴霧乾燥成藻粉產品,離心後之培養廢液再循環使用。 3. 過濾法 過濾分離是另一項成熟而實用的藻類採收技術,由於藻體大小約在3-30

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µm之間,利用微過濾或超微過濾技術可以輕易地將藻體從水體中分離出 來。微過濾技術已應用於微藻養殖採收,Earthrise Farm在美國加州的440,000

m2 Arthrospira藻養殖場就是利用過濾法進行微藻採收,採收的藻體含水率

80% [Spolaore et al., 2006]。早期加州HRP( High Rate Pond)計畫利用聚合物 混凝劑、氯化鐵及掃流過濾來採收微藻,可移除90%以上微藻,惟當時評 估掃流過濾成本過高[Weissman and Goebel, 1987]。

掃流過濾主要成本除了設備的初設成本與操作耗能外,操作過程中因 為阻塞造成的濾材耗損與濾材清洗再生是另外一項重大成本支出。一般藻 體體積大不易進入濾材造成堵塞,而在濾材表面的單純沾附可以利用掃流 過濾原液流向與過濾方向垂直,利用原濾液將其掃除帶離。然而藻體細胞 分泌的胞外代謝物質如藻酸、腐質酸等大分子聚合有機物質,容易與藻體 細胞或水中的離子結合發揮架橋作用與黏附作用,加劇藻體過濾堵塞的形 成[王偉修,民92]。因此,解決濾材生物堵塞問題(Biofouling)是提高藻類過 濾採收效率與降低成本的關鍵。 4. 加壓浮除法 有鑒於多數藻體細胞密度與水相近,不易以重力分離採收,甚至部分 藻種細胞密度比水小無法利用重力分離,此類狀況反而可以利用浮力來進 行藻濃縮。加壓浮除方法為注入加壓的溶解二氧化碳於藻液底部,因為釋 壓,溶解的二氧化碳將形成細氣泡,可附著於藻體提供浮力上浮,而可於 上層收集得到高濃度的藻液。在二氧化碳氣泡形成時也會對藻體產生吸附 而形成類似混凝的效果。有研究利用加壓浮除原理設計了一個連續套桶式 的藻體採收裝置,自底層較大面積的桶槽開始浮除將藻體往上帶,在上方 連續縮小面積的套桶將藻液逐層濃縮,最後於上層採收得到高濃度藻液 [Borodyansk and Konstantinov, 2003]。

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2.4.2 藻油萃取技術 二次大戰時,德國曾致力於研究由藻類提煉油脂做為食用油脂,近年 來,由於化石能源價格的波動,藻類油脂精煉技術再度受到世界各國研究 單位重視,其中主要方法包括:擠壓法、有機溶劑萃取法及超臨界 CO2流 體之油脂萃取與分離;因微藻類體積小,以擠壓方式取出的油脂量較低; 所以目前常用的方法之一,是以己烷或其它有機溶劑將微藻之不飽和脂肪 酸及油脂萃取出來。待進行油水分離的程序之後,再以轉酯化流程,即一 般生質柴油製造方式,做成生質柴油。然而這樣的方式操作時間長,溶劑 與藻油分離耗能且所留存的藻渣因溶劑殘留與破壞,再利用性低。

2.5 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

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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 種面積 (M ha) a 耕種面積占 美國作 物面積百分比a 玉米 172 1,540 846 大豆 446 594 326 油菜籽 1,190 223 122 麻瘋樹 1,892 140 77 椰子 2,689 99 54 油棕 5,950 45 24 微藻 b 136,900 2 1.1 微藻 c 58,700 4.5 2.5 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

(38)

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]。

(39)

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 -

(40)

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。

2.6 生質柴油經濟效益分析

美國黃豆協會於 2001 年以黃豆油及廢食用油為原料分析對象,並收集 到四個國家(日本、美國、愛爾蘭、奧地利)生質柴油主要的設備投資成 本,進而分析不同產能規格(100、1000、3000、10000 公噸/年),分別以 黃豆油及廢食用油為原料之生質柴油生產製造達到損益平衡點的內部報酬 率、價格及相對的回收年限[美國黃豆協會,民 90]。 相關設備、製造成本及經濟分析條件設定如表2.8。由於規模經濟效果, 當生產規模由100公噸/年擴大至10,000公噸/年時,其單位產出的設備成本亦 由8元/公斤降至1.2元/公斤。黃豆油廠盤平均價格由2000年1月的18元/公 斤,於2001年降至15元/公斤左右;廢食用油於2001年收購的成本價約3-4元

(41)

/公斤,若再考慮回收商之運費成本及合理利潤,則廢食用油的原料成本約 在5-6元/公斤。上述的相關成本變數及經濟條件參數將隨著市場供需及景氣 狀況而變動,故本研究之分析結果亦隨實際狀況變動而有所差異。

表 2.8、製造成本及經濟分析條件設定

其分析方法採折現的現金流量法(Discounted cash flow),以油品價格 項目 說明 日本(1) 美國(2) 愛爾蘭(3) 奧地利(4) 規格(年產出量) 公噸/年 100 1,000 3,000 10,000 公秉/年 114 1,136 3,409 11,364 總設備成本(NT萬元) 酯化反應裝置、過濾器、甲 醇計量槽、脫酸裝置槽、鍋 爐 452.20 2077.00 3654.25 6720.00 年金化設備成本*(NT元/公斤)

Annual cost of capital(12%,10年) 8.00 3.68 2.16 1.19 原料成本*(NT元/公斤) 黃豆油 15.31 15.31 15.31 15.31 廢食用油 4.71 4.71 4.71 4.71 甲醇、觸媒、藥液、脫水劑 4.28 4.28 4.28 4.28 能源成本*(NT元/公斤) 電力、水、鍋爐用煤油 0.36 0.36 0.36 0.36 NT元/公斤OUTPUT 黃豆油 15.31 15元/公斤 100% inputoil 廢食用油 4.71 4元/公斤 100% inputoil 甲醇(Mathanol) 2.93 23元/公升 11.0% inputoil 觸媒(NaOH) 0.18 9元/公斤 2.0% inputoil 藥液、脫水劑 1.16 50元/公升 2.0% inputoil 電力、水、鍋爐用煤油 0.36 1.8元/度 200 kWh/1000kg 油脂轉換率 黃豆油 98%廢食用油 85% 單位轉換: 一公秉= 0.88 公噸 日幣:新台幣= 1: 0.28 90.06.07牌價 美金:新台幣= 1: 34 英鎊:新台幣= 1: 47 歐元:新台幣= 1: 28 資本回收因子: R÷[1-(1+R)-n] R為折現率(discount rate) 0.1770 生產條件 24 小時 330天運轉 直接人工費用 $30000/月 1人 13月 維修、保險費用 3%設備投資成本 銷管費用 8%收入 折舊 10年 利息費用 9%設備投資成本 資料來源: (1)WWW.VDF.CO.JP

(2)PACIFIC BIODIESEL , INC. USA

(3)"Biodiesel Production Based on Waste Cooking Oil:Promotion of the Establishment of an Industry in Ireland",WWW.BIODIESEL.ORG (4)ENERGY Umwelttechnologie GmbH Vienna, Austria

價格 需求量

資料來源:(1)WWW.VDF.CO.JP

(2)PACIFIC BIODIESEL, INC. U.S.A.

(3)”Biodiesel Production Based on Waste Cooking Oil:Promotion of the Establishment of an Industry in Ireland”, WWW.BIODIESEL.ORG

(42)

為變動因素,計算淨現值(NPV)、內部報酬率(IRR)、回收年限(PB)。 經由分析可得出不同生產規模之不同預期報酬率下的損益平衡油品價格及 回收年限,如表2. 9。 表 2.9、生質柴油損益平衡分析 以廢食用油為原料的生質柴油,當生產規模為 100 公噸/年,其報酬率 為 12%的損益平衡點之油品價格為 22.8 元/公升,隨著生產規模擴大至 10,000 公噸/年,由於規模經濟的效果,其損益平衡之油品價格亦大幅下降 至 11 元/公升,若提高預期報酬率至 20%,則回收年限可由 10 年降至 6 年 左右。同理,以黃豆油為原料的生質柴油,當生產規模為 100 公噸/年,其 報酬率為 12%的損益平衡點之油品價格為 32.3 元/公升,隨著生產規模擴大 至 10,000 公噸/年,由於規模經濟的效果,其損益平衡之油品價格亦大幅下 降至 20.5 元/公升,若提高預期報酬率至 20%,則回收年限可由 10 年降至 6 年左右。 由上述的分析結果可知,以廢食用油為原料的生質柴油,當生產規模 為 100 公噸/年,其損益平衡點之油品價格為 22.8 元/公升高於高級石化柴 國別 料源別 規格(公噸/年) IRR 12% 15% 20% 12% 15% 20% 日本 價格 22.8 24.2 26.7 32.3 33.6 36.2 (100) 回收年限 9.2 7.5 5.7 9.1 7.4 5.6 美國 價格 14.3 14.9 16.1 23.8 24.4 25.6 (1,000) 回收年限 9.4 7.5 5.6 9.4 7.6 5.7 愛爾蘭 價格 12.3 12.6 13.3 21.8 22.1 22.8 (3,000) 回收年限 9.7 8 5.8 10 7.6 5.8 奧地利 價格 11 11.2 11.6 20.5 20.7 21.1 (10,000) 回收年限 9.8 8 6.3 15.3 11.2 5.8 說明:價格單位:元/公升,回收年限單位:年,折現率:12%    高級柴油14.3 元/公升;普通柴油13.1元/公升(90.04.05 中油公告零售價 廢食用油 黃豆油

(43)

油的 14.3 元/公升,無市場競爭利基點,但是隨著規模經濟效果的擴大,油 品價格可大幅下降低於高級石化柴油,故將來生質柴油的生產,在無任何 政府獎勵補助措施下,其生產規模應至少在 10,000 公噸/年以上,才能有市 場競爭力。至於以黃豆油為原料的生質柴油,則因黃豆油原料價格高,以 至於即使生產規模應在 10,000 公噸/年,其損益平衡的油品價格 20.5 元/公 升亦高於市售高級柴油甚多,因此,目前以黃豆油為原料的生質柴油需要 政府獎勵補助措施,才能有利於推廣。 此外,其更進一步分析當原料價格變動對生質柴油生產成本的影響, 如圖2.3所示。由圖顯示,當廢食用油原料價格超過7元/公斤,則其生產成 本將高於石化柴油價格,故若要維持市場競爭力,必需將廢食用油價格控 制在7元/公斤以下。 圖 2.3、生質柴油原料價格變動分析

(44)

另外,依工研院2008年的報告指出[經濟部能源局,民97],目前國內生 質柴油產製,主要以回收食用油為主要料源,搭配部分新鮮植物油脂,產 出之生質柴油品質即可符合國家標準CNS 之品質要求。生質柴油生產成本 中料源成本所佔比例甚大,而料源成本又受原物料價格波動變動。以2008 年為例,回收食用油價格最高曾飆升至32元/公斤以上,低點則降至14.5元/ 公斤;如以年產量約一萬公秉生產規模之生質柴油廠計算,假設經濟壽命 週期10年、設備成本約新台幣九仟萬元,其他相關運轉設定則如表2.10所 列,計算IRR 7%及IRR 14%時,原料成本15-35(元/公斤)時之生質柴油價 格,得計算結果如表2.11。 表 2.10、生質柴油廠運轉參數設定 參數項目 設定值 經濟壽命週期(年) 10 設備成本(元) 90,470,000 油品產量規模(公升/年) 10,000,000 原料轉換率(%) 90% 甲醇需求比例(%)(甲醇/原料) 20% 觸媒需求比例(%)(觸媒/原料) 0.70% 醋酸需求比例(%)(醋酸/原料) 0.10% 電力蒸汽需求比例(度/公斤) 0.47 電力售價(元/度) 2.00 維修、保險費用比例(%) 3% 管銷費用比例(%) 8% 融資利率(%) 5% 融資比例(%) 70% 營利事業所得稅率(%) 25% 投資抵減率(%) 7%

(45)

表 2.11、以 IRR 7%及 14%計算不同原料成本之生質柴油價格 原料成本(元/公斤) 15 18.5 20 25 30 35 價格(元/升) 21.55 24.97 26.44 31.33 36.21 41.1 IRR:7%,回收年限:7.14年 原料成本(元/公斤) 15 18.5 20 25 30 35 價格(元/升) 22.11 25.53 26.99 31.88 36.77 41.66 IRR:14%,回收年限:5.36年 由上表計算結果得知,當原料成本 15-35(元/公斤)時,以上述設定計 算,所產出之生質柴油價格約介於 21.55-41.66 元/升。

(46)

第三章 研究方法

由於基於以國內情況的各項成本評估藻類生產生質柴油之經濟效益評 估機無相關資料可茲參考。因此,本論文將評估可行的藻類上、下游產製 生質柴油製程,設定藻類生成生質柴油程序的情景,針對國內以藻類生產 生質柴油的各種情況加以分析其成本,並應用敏感度分析探討主要變數對 生產成本的影響即提出相關發展建議,提供國內對藻類生質柴油有興趣的 人員參考。主要的研究流程如圖1.1所示,以下將針對流程中各項研究方法 加以說明。

3.1 藻類生質柴油程序設定

藻類產製生質燃料之製程分為上游製程(Upstream process)與下游製程 (Downstream process)(參見表3.1之各項程序) [Sazdanoff, 2006],上游製程為 藻類培養(Cultivation),主要分為自營培養的開放式培養池(Open-culture system)和封閉式的光生物反應器(PBR, photobioreactor)與異營培養的攪拌 式醱酵槽兩類。開放式培養池多為戶外養殖,以自然陽光為照明[Terry and Raymond, 1985],密閉式系統可分為戶外或室內培養[Pulz, 2001],目前仍以 戶外居多,因可利用天然的太陽光源,而異營培養的攪拌式醱酵槽主要在 生產高單價的產品,如DHA、EPA等;下游製程主要為採收、濃縮、乾燥、 萃取、溶劑回收及粗萃取物之純化等程序,以往有關於藻類的研究,較著 重於養殖系統之改善,然而根據ASP的研究顯示,下游的採收與利用程序亦 將近佔藻油生產成本的一半,目前對於各種下游製程已有許多報導,然而 各單元間的組合則是少有人提及。

(47)

表 3.1、藻類生產生質燃料之途徑

[I] 藻類培養程序 [II] 採收程序 [III] 油脂萃取程序 [IV] 轉化程序 ※藻類培養 • 開放池系統 • 複合系統 • 密閉式光合生物 反應器 • 異營醱酵 • 整合培養系統 ※藻體回收 • 凝集 • 浮除 • 離心 • 掃流過濾 ※除水 • 機械擠壓 • 滴濾槽除水 ※乾燥 • 鼓式乾燥 • 旋轉乾燥 • 冷凍乾燥 • 噴霧乾燥 • 日曬乾燥 ※油脂萃取 • 機械式擠壓 • 溶劑萃取 • 超臨界流體萃取 • 酵素萃取 • 超音波 • 滲透壓震動 ※轉酯化(生質柴油) ※生物化學轉化 • 厭氧消化 • 醱酵 ※熱化學轉化 • 液化 • 熱裂解 • 氫化程序 • 氣化 依據蒐集的文獻資料及表3.1的各項程序,設定藻類生質柴油程序如下: 3.1.1 培養系統 微藻培養系統的選擇需考慮幾個方面:藻的生理學特性、地產投資、 勞工、能源、水、營養、天氣(室外培養)以及最終產品的形式、各種各樣的 大規模培養系統需要在其基本特性如光利用率、溫度控制能力、藻承受的 水壓、維持純種培養或無菌的能力,從實驗室規模進行放大的難易程度等 方面進行比較,最終的選擇是在考慮所有這些方面的基礎上獲得有經濟價 值的產品的協調結果。本論文選擇目前可行的微藻大規模培養系統,主要 還是以傳統的開放式培養池(渠道池,圖3.1),密閉式的光生物反應器培養(垂 直圓管,圖3.2)和密閉式的醱酵槽生產為主,而複合或整合系統則涉及培養 策略,在此先不予考慮。

(48)

圖 3.1、渠道池藻類培養系統

(49)

3.1.2 藻體採收 根據常用的化學凝集法、離心法、和加壓浮除法等幾種微藻採收方法 來看,化學凝集法需要尋找合適的混凝劑,對於不同種類的微藻,需要的 混凝劑可能有所不同;離心分離法比較簡單,只要有離心機並且規範操作, 就可以將藻液分離;加壓浮除法採收小球藻成本較低,又可連續化操作, 適合大生產的需要,但是加壓浮除法需要向藻液中加壓打入大量的氣體, 採收效果受到混凝劑用量、pH和充入的氣泡密度等因素影響。離心與掃流 過濾是目前兩個已實用化且最常被採用的微藻採收技術,兩者各有其優缺 點與適用的藻種與其大突破的瓶頸,依目前收集的相關文獻報導,掃流過 濾採收技術在成本與能耗有些微優勢,但由於其濾材成本與濾材清洗再生 成本變化較大,對於生物堵塞的預防需要進一步探討。而以目前成熟的採 收方式而言,以開放式系統培養藻類,由於藻體濃度過低(約~500 mg/L), 通常會以凝集法先增濃後,再加以處理;以密閉式系統培養藻類,則直接 以離心法加以採收。因此,本論文將以此結合方式加以評估。 3.1.3 藻體萃油 由於水分對於藻油萃取的效率影響很大,因此在採收後皆須加以除水 及乾燥,以增進萃取效率。在此,除水方法基本上是以傳統的機械式擠壓 為主,而在乾燥方面,因冷凍乾燥及噴霧乾燥最主要用於藻類健康食品上, 成本相對高,而日曬乾燥則需大面積土地較不適合國內情況,故在乾燥程 序上主要以鼓式乾燥及旋轉乾燥為主;在藻油萃取上,因微藻類體積小, 以擠壓方式取出的油脂量較低;所以目前常用的方法之一,是以己烷或其 它有機溶劑將微藻之不飽和脂肪酸及油脂萃取出來。此外,像超臨界CO2 流體萃取等幾項新型的萃取技術則需進一步的開發,仍未成熟,因此,在 採收的技術選擇上以擠壓法及有機溶劑萃取法為主。

(50)

依據上述的說明,將本論文所設定的藻類生質柴油程序如下: 1. 開放式培養系統(渠道池) →凝集採收→機械擠壓濃縮→鼓風乾燥→溶劑萃取 2. 密閉式的光生物反應器(垂直圓管) →離心採收→機械擠壓濃縮→旋轉乾燥→溶劑萃取 3. 異營醱酵槽培養 →離心採收→機械擠壓濃縮→旋轉乾燥→螺旋擠壓提油 由於將藻油萃取出來後,經轉酯化反應生成生質柴油的技術相似,且 其經濟評估亦已成熟。因此,為簡化相關的評估程序,主要將以製成藻油 做為最終產品項目,分析其經濟效益。

3.2 藻類生質柴油情境設定

考量國內土地面積有限的問題,本論文設定以開放式培養系統及密閉 式的光生物反應器的藻類培養面積以300公頃為評估的基準,而以異營醱酵 槽培養藻類的方式則以應用光生物反應器於300公頃面積培養藻類所獲得 的藻體量為基準設定生產槽體規模。以光合培養藻類之整體設施壽命達25 年,異營醱酵生產方式則以工業生產常用的10年壽命為基準,依據上述3種 途徑,設定相關的經營情境如下: 1. 情境1:基礎情況 以目前的可行技術情況為基準,藻類產率以目前狀況加以設 定,所生產的產品除生質柴油外,尚有高單價DHA物質(DHA含量為 總油脂量的2%)及萃取完的藻體剩餘物(可做為動物飼料)。 2. 情境2:目標情況

(51)

為以生產生質柴油為主要產品,其餘藻體可做為飼料或其他生 質產品用途。

3.3 藻油生產製程經濟評估

進行藻油生產上、下游製程經濟評估,初步以培養面積達 300 公頃之 商業化規模為評估基準。參考文獻數據並以國內之原材料、能源價格及人 力成本為依據,提供設備投資成本(Capital cost)、操作及維護成本(Operating and maintenance cost) 、 原 料 (Raw material) 成 本 、 能 源 消 耗 (Energy consumption)、主產品及副產品價格(包括碳交易價格)及 ROI(Return of Investment)等數據。以建立本土化的藻油生產經濟評估模型,包括:藻類生 產生質柴油製程技術之可放大性、投資成本、能耗及操作成本之參考基準 指標(Baseline),供探討藻類生質柴油經濟可行性之方向。

其分析方法採用折現的現金流量法(Discounted cash flow),以產品價 格為變動因素,計算淨現值(NPV)、內部報酬率(IRR)、折現回收期間 (DPBP)。相關說明如下[威佛及威斯頓,民 91]:

(1)淨現值,NPV

淨現值(Net present value,NPV),投資方案所提供之預期現金流量根據 某適當資本成本或要求報酬率折算的現值,扣除投資成本之後的餘額稱之。 其中: CFt是計畫期間內每一期的現金流量 NPV I k CF k CF k CF N N = − + + ⋅⋅ ⋅ + + + + 2 0 2 1 1 ) 1 ( ) 1 ( ) 1 ( NPV I k CF N t t t − = +

=1 (1 ) 0

數據

表 1.1、不同作物單位面積生質柴油產量  原料  產量(公升/公頃-年)  大豆(Soybean)  450  油菜籽(Rapeseed/Canola)  1,200  痲瘋果(Jatropha)  1,900  油棕(Oil Palm)  5,900  藻類[Algae (open system)]  11,000 - 112,000  藻類[Algae (close system)]  58,700 - 136,900
圖 2.1、藻類能源利用技術流程圖  目前國內生質柴油推動已積極的展開,現今已全面實施 B1,生質柴油 用量達 45,000 公秉,為亞洲國家中第一個全面實施的國家,而 2010 年將全 面實施 B2,生質柴油用量將達 100,000 公秉,開發生質柴油自產料源為一 項刻不容緩的工作,兼具能源安全與環境保護雙重效益。由於我國是一個 海島國家,地處亞熱帶,西部沿海地區氣候適於藻類的養殖,對於耕作面 積少且海岸線長的我國而言,此為增加生質柴油料源的另一項選擇,除了 再生燃料的取得外,附加固定廢 CO 2 或處理
表 2.1、藻類在系統學上的分類
圖 2.2、藻類三酸甘油脂合成途徑  (1) Cytosolic glycerol-3-phosphate acyl transferase.  (2) Lysol-phosphatidic acid acyl transferase.
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參考文獻

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