油菜及油菜籽粕之厭氧產氫可行性研究

全文

(1)國立台中教育大學環境教育研究所碩士論文. 油菜及油菜籽粕之厭氧產氫可行性研究. 指導教授：林明瑞博士研究生：黃倩毓撰. 中華民國九十七年七月.

(2) 謝誌在研究所修業期間，首先要感謝恩師林明瑞教授對於學生在專業知識及待人處事上殷切的指導，使學生受益匪淺，謹致上最誠摯的敬意及謝意。論文口試期間，承蒙李季眉、鄭幸雄、林秋裕、賴俊吉教授悉心指導，並提供學生許多寶貴的意見，使本論文內容更佳完善，在此獻上最誠摯的感謝。回想起過去獨自艱辛做實驗的日子，幸虧後來有好友筱苓、學弟孟宏、一傑陪伴著我一起同甘共苦，使沉重的工作量得以減輕，論文也順利完成。也感謝林素華老師、劉惠元老師、劉思岑老師、品詩學姐、雅鳳學姐以及家樺學長在課業及生活上給我的指導與鼓勵；也感謝我的同窗好友筱苓一直給我鼓勵及研究所同學金炳、奇紘、宛瑾、姿婷、瓊慧、淑臻、香樺、娸婷、永晉、玥泠、怡秀、怡珍還有許多我未提及的朋友同學及學弟妹在學業上的相互扶持，使得研究生活得以充實，此溫暖情誼將長存我心，也感謝紋全一直在我身旁鼓勵我、照顧我，在此也致上我最深的感謝。最後以此論文獻給我最親愛的父母多年來的栽培及鼓勵，因為有你們的全力支持與愛護，讓女兒得以順利完成學業。也感謝姐姐及弟弟不斷的給我鼓勵及支持，在此對你們獻上最深的敬意。. 黃倩毓謹致中華民國九十七年七月.

(3) 摘要由於目前石油短缺，價格飆漲，生質能源將逐漸成為世界各國能源技術發展及應用的主流；厭氧醱酵產氫技術最具有發展潛力，是生質能源的重要發展技術之一。因應未來全球及國內能源發展趨勢，行政院農業委員會推動種植能源作物，利用農作物之殘餘物作為能源作物，將是未來產能的重點，以達到能源、環境及農業永續發展之目標。所以本研究將利用具有產能潛力的能源作物油菜籽粕、大豆、豆粕、甘蔗渣、葵花、等5種基質，進行批次試驗，篩選出最佳產氫基質為油菜籽粕。因能源作物含有大量的纖維素質等，所以從新竹食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心(BCRC)購買5株水解菌種(Bacillus 3株、Clostridium 2株)，從5株水解菌種中找出能有效分解能源作物之菌種，作為本研究中水解部分的菌種，在搭配本研究室利用黎明污水廠終沉池底泥所馴養的醱酵產氫菌，作為本研究產氫反應的菌種。本研究主要評估，何種能源作物適合產氫?最佳水解菌為何?起始pH值為何及反應過程pH值為何?在何種水解菌/醱酵產氫菌配比?在何種混合菌液/基質配比? 在何種不同溫度下，可以獲得最佳的能源作物基質之水解及醱酵產氫效率。其研究結果顯示，在油菜籽粕、大豆、豆粕、甘蔗、葵花籽粕基質等能源作物中，以油菜籽粕作為基質有最佳的產氫率，達到 1.14 mmole H2/g-CODin。由新竹食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心(BCRC)取得 5 株水解菌中，以 Bacillus subtilis(A)菌的水解油菜籽粕基質效果最好，以油菜籽粕被 Bacillus subtilis(A)菌分解時，溶解性 COD 增加率為 55.7％、揮發酸濃度增加量為 2000 mg/L 有最好的水解效果。其次為 Bacillus subtilis(B)菌分解油菜籽粕基質，溶解性 COD 增加率為 54.3％、溶解性 COD 去除率為 80.1％、揮發酸濃度增加量為 1720 mg/L。油菜及油菜籽粕最佳的產氫起始 pH 值為 5.0，反應過程 pH 值若低於 4.5 以 I.

(4) 下或 pH 值高於 6.0，產氫反應就受到了明顯的抑制；在最佳 pH 控制條件下，油菜籽粕為基質有最佳產氫率為 1.13 mmole H2/g-CODin，以油菜為基質其最佳產氫率為 0.432 mmole H2/g-CODin。pH 值對每克進流 COD 產氫率之影響，油菜公式 YpH, 油菜. =Y5.0,油菜×0.2051. │pH-5.0│. ；油菜籽粕公式 YpH,油菜籽粕=Y5.0,油菜籽粕×0.1981. │pH-5.0│. ；. 根據多元迴歸式，產氫率油菜基質是與溶解性 COD 增加量成正比，而油菜籽粕基質是與溶解性 COD 去除率成正比。以油菜為基質時，Bacillus subtilis(A)為水解菌，水解菌/醱酵產氫菌配比為 1/4，混合菌液/基質配比為 1/3，於 35℃下培養，當基質 COD 濃度為 10,000mg/L 時，有最佳的產氫率為 0.679 mmole H2/g-CODin。以油菜籽粕為基質時，在和油菜為基質組相同培養條件下，當基質 COD 濃度為 20,000mg/L 時，有最佳的產氫率 1.14 mmole H2/g-CODin。 2. 而由 Gompertz eqution 迴歸分析結果，r 平均約為 0.95，顯示本研究操作方式確實適合模擬厭氧醱酵產氫反應。本研究之菌相主要以 Clostridium 及. Bacillus 為主，在螢光顯微鏡下， Clostridium 菌群會發出淡橘色螢光，而 Bacillus subtilis(A)單獨培養時，無螢光反應，但在厭氧環境下，和 Clostridium 菌及共培養時，Bacillus subtilis(A)會發出淡藍色營光。本研究利用油菜及油菜籽粕基質批次產氫試驗結果和過去文獻利用能源作物產能比較，本研究產能效果算是不錯的，且油菜及油菜籽粕價格便宜容易取得，所以利用油菜及油菜籽粕基質來產氫是可行的。關鍵字:水解、厭氧醱酵產氫、水解菌、油菜、油菜籽粕、能源作物. II.

(5) A feasible study on anaerobic hydrogen production of rape and rape-seed dreg Abstract As a result of the shortage and high price of oil,biomass energy will gradually become the main stream of all kinds of energy development technologies in the world.The technology of anaerobic fermentative hydrogensis is the most potential and one of the critical biomass energy technologies.To face the trend of energy development in the world and in our nation,the Council of Agriculture, Executive Yuan pushed ahead with growing energy crops.To use the agricultural waste as energy crop is the focus of energy production in the future and it can achieve the goals of sustainable development in energy,environment and agriculture. Our research made use of the crops with energetic potential, five kinds of substrates, such as rape-seed dreg,soybean, soybean dreg,bagasse, sunflower dreg were tested in batch-type tests and rape-seed dreg was made sure as the best substrate for producing hydrogen.The energy crops have a lot of cellulose….,etc.,so five hydrolytic bacteria(3 strains of Bacillus,and 2 strains of Clostridium) were ordered and got from Bioresource Collection and Research Cente(BCRC).From the five hydrolytic bacteria,the one which could efficiently decompose energy crops and could be made sure the best hydrolytic bacteria should be found out in the research.Also, the fermentative hydrogen producing bacteria which were cultivated from the waste sludge in final sedimentation tank of Li-Min WTP was used as hydrogen producing bacteria in our research. The following issues were evaluated in the research ,including: what kind of. III.

(6) energy crop would be suitable for hydrogen producing?which hydrolytic bacteria is the best one? What the best initial and processing pH would be? What the best ratio of hydrolytic bacteria/fermentative hydrogen producing bacteria and the best ratio of mixed bacterial liquor/substrate liquor would be? And at what temperature the best hydrolysis of energy crop substrate and efficiency of fermentative hydrogensis would be got? The results of the research were shown that rapeseed dreg had the best hydrogen productivity among the five energy crop substrates.It could achieve 1.14 mmole H2/g-CODin. In the five hydrolytic bacteria got from BCRC ,Bacillus subtilis(A) had the best hydrolytic efficiency on rape-seed dreg among the five hydrolytic bacteria,with which the increasing rate of SCOD was 55.7％ and the increasing concentration of the organic acid was 2000mg/L.The next best one was Bacillus subtilis(B),with which the increasing rate of SCOD was 55.7％,the removing rate of SCOD was 80.1％,and the increasing concentration of organic acid was 1720mg/L. The best initial pH was 5.0 for rape and rape-seed dreg to produce hydrogen. If the pH was under 4.5 or over 6.0 in the reaction process,the hydrogen producing obviously got inhibited.Under the best-controlled pH,the best hydrogen productivity of tests using rape-seed dreg as substrate was 1.13 mmole H2/g-CODin, and the best hydrogen productivity of tests using rape as substrate was 0.432 mmole H2/g-CODin. The influencing of pH on per gram COD hydrogen productivity can be formulatd as below:The formula for rape substrate: YpH,rape =Y5.0,rape ×0.2051│pH-5.0│,The formula for rape-seed dreg substrate:YpH,rape-seed dreg =Y5.0,rapeseed. dreg. × 0.1981│pH-5.0│.. According to Multiple Regression Analysis,the hydrogen productivity using rape as substrate was proportional to the increasing amount of SCOD；and the hydrogen productivity using rape-seed as substrate was proportional to the removal of SCOD. IV.

(7) While rape was used as substrate,Bacillus subtilis(A) as hydrolytic bacteria was cultivated at 35'C, and making the ratio of hydrolytic bacteria/fermentative hydrogen producing bacteria to be 1/4,the ratio of mixed bacterial liquor/substrate liquor to be 1/3,when the substrate COD concentration was 10,000mg/L,the best hydrogen productivity 0.679 mmole H2/g-CODin was got while rape-seed dreg was used as substrate and was cultivated under the same conditions as rape,when the substrate COD concentration was 20,000mg/L, the best hydrogen productivity,1.14 mmole H2/g-CODin was got. According to the results of the regression by Gompertz equation,the average value of r-square was about 0.95,which revealed that the applying of Gompertz equation of our research indeed fit the hydrogen production of anaerobic fermentation. According to the observation of bacterial consortia of the batch-test.bacterial consortia are mostly dominated by Clostridium and Bacillus subtilis. Clostridium emit orangish ，. fluorescence, and Bacillus subtilis(A) didn t emit any fluorescence when cultivated alone. However, while the Clostridium and Bacillus subtilis(A) were co-cultivated in the anaerobic environment,Bacillus subtilis(A) would emit bluish fluorescenc. key words: hydrolysis, anaerobic fermentative hydrogensis ,hydrolytic bacteria, rape ,rape-seed dreg ,energy crops. V.

(8) VI.

(9) 目錄摘要 ................................................................I Abstract ..........................................................III 目錄 ..............................................................VII 表目錄 .............................................................IX 圖目錄 .............................................................XV 第一章緒論 .........................................................1 第一節研究背景與動機............................................1 第二節研究目的..................................................5 第三節名詞釋義..................................................5 第二章文獻回顧 .....................................................7 第一節能源危機與生質能..........................................7 第二節各種產能作物及其廢棄物產能可行性探討.....................12 第三節油菜與油菜籽粕成分分析及用途.............................19 第四節水解能源作物纖維素相關微生物.............................21 第五節厭氧產能微生物...........................................26 第六節厭氧醱酵產氫反應機制.....................................31 第七節影響厭氧產能反應之環境因子...............................36 第八節能源作物厭氧產能之相關研究...............................43 第九節厭氧產能反應動力學模式原理...............................47 第三章研究方法 ....................................................53 第一節試驗材料與設備...........................................53 第二節試驗設計及流程...........................................56 第三節分析方法及項目...........................................66 第四章結果與討論 ..................................................71 第一節各種能源作物之最佳水解菌種批次試驗.......................71. VII.

(10) 第二節不同能源作物基質之批次產氫試驗...........................78 第三節不同起始 pH 值之批次產氫試驗..............................84 第四節不同水解菌/醱酵產氫菌配比之批次產氫試驗 ................106 第五節不同混合菌液/基質配比之批次產氫試驗.....................116 第六節不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗..........................126 第七節不同溫度水解菌之批次產氫試驗............................135 第八節各組批次試驗產氫量與水質分析之 SPSS 多元逐步迴歸結果 ....146 第九節各組批次產氫試驗質量平衡................................147 第十節反應動力學之探討及模擬..................................150 第十一節顯微鏡菌相觀察........................................164 第五章結論與建議 .................................................181 第一節結論....................................................181 第二節建議....................................................183 參考文獻 ..........................................................185 附件一 ............................................................195 附件二 ............................................................198 附件三 ............................................................204. VIII.

(11) 表目錄表 2-1 厭氧產氫技術之 SWOT 分析 ......................................11 表 2-2 我國能源作物之損益表 .........................................13 表 2-3 能源作物之能源產出與單位生質能源之料源成本 ...................14 表 2-4 各種能源作物及其廢棄物之產能 .................................16 表 2-5 2006 年各縣市全年油菜籽之生產概況 ............................20 表 2-6 油菜及油菜籽粕營養含量分析 ...................................20 表 2-7 目前已知可分解纖維素之厭氧性微生物 ...........................22 表 2-8 目前已知可分解纖維素之好氧性微生物 ...........................23 表 2-9 產氫微生物之種類 .............................................27 表 2-10 各種不同菌種進行醱酵代謝之產物 ..............................28 表 2-11 適合產氫之營養物質及濃度 ....................................38 表 2-12 各種輕離子濃度對厭氧消化之影響 ..............................43 表 3-1 水解菌種培養條件及來源 .......................................53 表 3-2 各水解菌種之培養基成份及濃度 .................................54 表 3-3 產氫菌訓養成份 ...............................................55 表 3-4 油菜粕基質成份分析 ...........................................56 表 3-5 各種能源作物篩選水解菌種的批次操作條件 .......................59 表 3-6 油菜籽粕不同起始 pH 值之批次產氫試驗中之控制及操作條件 ........60 表 3-7 不同基質之批次產氫試驗中之控制及操作條件 .....................60 表 3-8 油菜籽粕中不同水解菌/醱酵產氫菌之混合菌液配比................61 表 3-9 油菜籽粕不同水解菌/醱酵產氫菌配比之批次產氫試驗中之控制及....61 操作條件 .....................................................61 表 3-10 油菜籽粕不不同混合菌液/基質之配比及體積 .....................61 IX.

(12) 表 3-11 油菜籽粕不同混合菌液/基質配比之批次產氫試驗中之控制及操作條件 ........................................................62 表 3-12 油菜籽粕不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗中之控制及操作條件....62 表 3-13 油菜籽粕不同溫度水解菌之批次產氫試驗中控制及操作條件 ........63 表 3-14 油菜不同起始 pH 值之批次產氫試驗中之控制及操作條件 ...........63 表 3-15 油菜不同水解菌/產氫菌之混合菌液配比 .........................64 表 3-16 油菜不同水解菌/醱酵產氫菌配比之批次產氫試驗中之控制及操作條件 ........................................................64 表 3-17 油菜中不同混合菌液/基質之配比及體積 .........................64 表 3-18 油菜不同混合菌液/基質配比之批次產氫試驗中之控制及操作條件 ...64 表 3-19 油菜不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗中之控制及操作條件 ........65 表 3-20 不同水解菌起始 pH 批次試驗操作條件 ...........................66 表 4-1 能源作物為各種水解菌分解後總 COD、溶解性 COD、揮發酸濃度變化情形 .....................................................73 表 4-2 不同能源作物基質之批次試驗的氣體組成及累積產氫量 .............80 表 4-3 以不同能源作物為基質之批次產氫試驗的 pH、COD、溶解性 COD 之水質變化情形 .....................................................82 表 4-4 以不同能源作物為基質之批次產氫試驗的 S/X、總固體物、懸浮固體之水質變化情形 .................................................82 表 4-5 以不同能源作物為基質之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度之濃度變化情形 ........................................................83 表 4-6 油菜及油菜籽粕不同操作 pH 值下，反應瓶中 YpH 與 pH 校正係數 θ ..88 表 4-7 以油菜及油菜籽粕為基質不同起始 pH 批次試驗之氣體組成及累積產氫量 ...........................................................90 表 4-8 以油菜及油菜籽粕為基質，不同起始 pH 之批次產氫試驗的 pH、COD、 X.

(13) 溶解性 COD 之水質變化情形 ....................................92 表 4-9 以油菜及油菜籽粕為基質，不同起始 pH 之批次產氫試驗的 S/X、總固體物、懸浮固體之水質變化情形 .................................93 表 4-10 以油菜及油菜籽粕為基質，不同起始 pH 之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度之濃度變化情形 .........................................95 表 4-11 以油菜及油菜籽粕為基質 COD 濃度 20,000 mg/l，不同水解菌不同起始 pH 進行分解基質後總 COD、溶解性 COD、揮發酸濃度變化情形....97 表 4-12 以油菜及油菜籽粕為基質，不同水解菌/醱酵產氫菌配比的批次試驗之氣體組成及累積產氫量 .....................................108 表 4-13 以油菜及油菜籽粕為基質，不同水解菌/醱酵產氫菌配比之批次產氫試驗的 pH、COD、溶解性 COD 水質變化情形 ......................113 表 4-14 以油菜及油菜籽粕為基質，不同水解菌/醱酵產氫菌配比之批次產氫試驗的 S/X、總固體物、懸浮固體水質變化情形 .................114 表 4-15 以油菜及油菜籽粕為基質，不同水解菌/醱酵產氫菌配比之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度濃度變化情形 .............................115 表 4-16 以油菜及油菜籽粕為基質，不同混合菌/基質配比的批次試驗之氣體組成及累積產氫量 ..........................................119 表 4-17 以油菜及油菜籽粕為基質，不同混合菌/基質配比之批次產氫試驗的 pH、COD、溶解性 COD 之水質變化情形 .........................122 表 4-18 以油菜及油菜籽粕為基質，不同混合菌/基質配比之批次產氫試驗的 S/X、總固體物、懸浮固體之水質變化情形 ....................123 表 4-19 以油菜及油菜籽粕為基質，不同混合菌/基質配比之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度之濃度變化情形. ............................124. 表 4-20 以油菜及油菜籽粕為基質不同基質 COD 濃度批次試驗之氣體組成及累積產氫量 .................................................129 XI.

(14) 表 4-21 能源作物基質產能比較 .......................................130 表 4-22 以油菜及油菜籽粕為基質，不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗的 pH、 COD、溶解性 COD 水質變化情形 ................................132 表 4-23 以油菜及油菜籽粕為基質，不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗的 S/X、總固體物、懸浮固體水質變化情形 ............................133 表 4-24 以油菜及油菜籽粕為基質，不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度濃度變化情形 .....................................134 表 4-25 不同溫度下，水解菌種分解油菜籽粕基質之總 COD、溶解性 COD、揮發酸濃度變化情形 ...........................................137 表 4-26 以油菜籽粕為基質，不同溫度批次試驗之氣體組成及累積產氫量 ...141 表 4-27 以油菜籽粕為基質，不同溫度之批次產氫試驗的 pH、COD、溶解性 COD 水質變化情形 ...........................................144 表 4-28 以油菜籽粕為基質不同溫度之批次產氫試驗的 S/X、總固體物、懸浮固體水質變化情形 ...........................................144 表 4-29 以油菜籽粕為基質不同溫度之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度濃度變化情形 .......................................................145 表 4-30 各組批次產氫試驗 COD 質量平衡及回收率 .......................148 表 4-31 各組批次產氫試驗 COD 質量平衡及回收率(續) ...................149 表 4-32 油菜及油菜籽粕不同起始 pH 批次產氫試驗 Gompertz equation ....... 迴歸分析結果 ...............................................155 表 4-33 不同基質批次產氫試驗 Gompertz equation 迴歸分析結果.........156 表 4-34 油菜及油菜籽粕不同水解菌/醱酵產氫菌配比批次產氫試驗........... Gompertz equation 迴歸分析結果 .............................158 表 4-35 油菜及油菜籽粕不同混合菌/基質配比批次產氫試驗................. Gompertz equation 迴歸分析結果 .............................160 XII.

(15) 表 4-36 油菜及油菜籽粕不同 COD 濃度批次產氫試驗 ........................ Gompertz equation 迴歸分析結果 ............................162 表 4-37 油菜籽粕不同溫度水解菌批次產氫試驗 ............................ Gompertz equation 迴歸分析結果 ..............................163. XIII.

(16) XIV.

(17) 圖目錄圖 2-1 酵素水解纖維素糖化製程 ......................................... 18 圖 2-2 有機物厭氧醱酵及甲烷反應各階段之示意圖 ......................... 30 圖 2-3 傳統厭氧消化反應過程 ........................................... 32 圖 2-4 厭氧醱酵路徑圖 ................................................. 34 圖 2-5 中溫消化與高溫消化之關係圖 ..................................... 40 圖 2-6 有機物之厭氧分解反應機制圖 ..................................... 48 圖 4-1 各種水解菌種分解各種能源作物之總 COD 濃度變化圖 ................. 74 圖 4-2 各種水解菌種分解各種能源作物之溶解性 COD 濃度變化圖 ............. 75 圖 4-3 各種水解菌種分解各種能源作物之揮發酸濃度變化圖 ................. 77 圖 4-4 除甘蔗渣基質濃度 10,000mg/L 外，其餘各種能源作物基質濃度均為 20,000mg/L，不同能源基質之累積產氫量(起始 pH=5.0) .............. 79 圖 4-5 以油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000mg/L 下，不同起始 pH 之累積產氫量 . 85 圖 4-6 以油菜基質 COD 濃度為 20,000mg/L 下，不同起始 pH 之累積產氫量 ..... 85 圖 4-7 以油菜，油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000mg/L 下，不同 pH 組的產氫反應變化情形 ...................................................... 89 圖 4-8 以油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000mg/L 下，ASBR 反應槽共培養不........ 同 pH 組的產氫反應變化情形 ..................................... 89 圖 4-9 當油菜基質之 COD 濃度為 20,000 mg/l，不同水解菌起始 pH 分解基質之總 COD 濃度變化情形 .............................................. 100 圖 4-10 當油菜籽粕基質之 COD 濃度為 20,000 mg/l，不同水解菌起始 pH 分解基質之總 COD 濃度變化情形 ....................................... 101 圖 4-11 當油菜基質之 COD 濃度為 20,000 mg/l，不同水解菌起始 pH 分解基質之. XV.

(18) 溶解性 COD 濃度變化情形 ....................................... 102 圖 4-12 當油菜籽粕基質之 COD 濃度為 20,000 mg/l，不同水解菌起始 pH 分解基質之溶解性 COD 濃度變化情形 ................................... 103 圖 4-13 當油菜基質之 COD 濃度為 20,000 mg/l，不同水解菌起始 pH 分解基質之揮發酸濃度變化情形 ........................................... 104 圖 4-14 當油菜籽粕基質之 COD 濃度為 20,000 mg/l，不同水解菌起始 pH 分解基質之揮發酸濃度變化情形 ....................................... 105 圖 4-15 以油菜籽粕為基質，COD 濃度為 20,000mg/，不同水解菌/醱酵產氫菌配比之累積產氫量 ............................................... 110 圖 4-16 以油菜為基質，COD 濃度為 20,000mg/，不同水解菌/醱酵產氫菌配比之累積產氫圖 ................................................... 110 圖 4-17 以油菜及油菜籽粕為基質，COD 濃度為 20,000mg/L，在不同水解菌/醱酵產氫菌配比與產氫量之關係圖 ................................... 111 圖 4-18 以油菜籽粕為基質，COD 濃度為 20,000mg/L，不同混合菌液/基質配比之累積產氫量 ................................................... 117 圖 4-19 以油菜為基質，COD 濃度為 20,000mg/L，不同混合菌液/基質配比之累積產氫量 ....................................................... 117 圖 4-20 以油菜及油菜籽粕為基質，COD 濃度為 20,000mg/L，不同混合菌/基質配比與產氫量之關係圖 ........................................... 120 圖 4-21 以油菜籽粕為基質，不同基質 COD 濃度之累積產氫量 ............... 127 圖 4-22 以油菜為基質，不同基質 COD 濃度之累積產氫量 ................... 127 圖 4-23 不同溫度下，水解菌種分解油菜籽粕基質之總 COD 濃度變化圖 ....... 138 圖 4-24 不同溫度下，水解菌種分解油菜籽粕基質之溶解性 COD 濃度變化圖 ... 139 圖 4-25 不同溫度下，水解菌種分解油菜籽粕基質之揮發酸濃度變化圖 ....... 139 圖 4-26 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000mg/L，不同溫度水解菌之累積產氫圖142 XVI.

(19) 圖 4-27 當油菜籽粕為，基質 COD 濃度為 20,000mg/L，不同混合菌/基質配比為 1/3 時，實際產氫與產氫能潛勢累積產氫變化圖 .................... 152 圖 4-28 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 10,000 mg/L，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ................................. 166 圖 4-29 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ................................. 167 圖 4-30 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 30,000 mg/L，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察. 照片(放大倍率為 600 倍) .............................. 168. 圖 4-31 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 40,000 mg/L，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ................................. 169 圖 4-32 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，起始 pH 為 5.0 組，混合菌/ 基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ............... 170 圖 4-33 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，起始 pH 為 6.00 組，混合菌/ 基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ............... 171 圖 4-34 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，起始 pH 為 7.00 組，混合菌/ 基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ............... 172 圖 4-35 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，溫度 35℃, Bacillus ......... subtilis(A)＋醱酵產氫菌組，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀 ........ 察照片(放大倍率為 600 倍) ..................................... 173 圖 4-36 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，溫度 55℃,Clostridium ....... thermocellum＋醱酵產氫菌組，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察照片 (放大倍率為 600 倍) ........................................... 174 圖 4-37 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，Bacillus subtilis(A)菌，. 混. 合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) .......... 176 圖 4-38 當油菜籽粕基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，Clostridium ................ XVII.

(20) thermocellum 菌，混合菌/基質配比為 1/3 之菌相觀察照片(放大倍率為 600 倍) ....................................................... 176 圖 4-39 基質 COD 濃度為 10,000 mg/L 時，生物菌相之 SEM 觀察照片(放大倍率為 5,000 倍) ..................................................... 178 圖 4-40 基質 COD 濃度為 20,000 mg/L 時，生物菌相之 SEM 觀察照片(放大倍率為 5,000 倍) ..................................................... 178 圖 4-41 基質 COD 濃度為 30,000 mg/L 時，生物菌相之 SEM 觀察照片(放大倍率為 5,000 倍) ..................................................... 179 圖 4-42 基質 COD 濃度為 40,000 mg/L 時，生物菌相之 SEM 觀察照片(放大倍率為 5,000 倍) ..................................................... 179. XVIII.

(21) 第一章緒論本章主要在說明研究的動機、目的、名詞釋義。全章共分三節：第一節為研究動機、第二節為研究目的、第三節名詞釋義。. 第一節研究背景與動機能源是人類經濟發展的推手，能源危機常涉及到石油，電力或其他自然資源的短缺。化石燃料為人類目前最主要的使用能源，然而世界各國蘊藏量已逐漸匱乏，依據現有資料顯示，預估石油可開採 41 年、天然氣 67 年、煤 192 年（曲新生，2005）。能源短缺通常會使得經濟發展受到嚴重限制，很多突如其來的經濟衰退通常就是由能源危機引起的。而在過去能源危機的主要原因是石油價格過於便宜，以致於使世界對其產生了過度的依賴性造成石油迅速消耗殆盡。化石燃料的過度開發導致趨於耗竭，不僅對生態環境造成傷害，且燃燒化石燃料更會造成空氣污染及酸雨、溫室效應等現象。由於目前原油短缺，價格飆漲，生質能源燃料酒精、生質柴油、生質氣體，將逐漸成為世界各國能源技術發展及應用的主流。我國政府在再生能源推動方面（風力發電、太陽能光電、生質能、水力、地熱、太陽能熱水系統等）也不餘遺力，近年來陸續訂定相關配套措施與獎勵辦法，預計 2020 年再生能源發電容量配比達 10％（台電網站，2006）。就長期能源發展的展望而言，雖然現階段化石能源及核能還是必要的選擇，但隨著能源新科技的發展，當未來出現價格合理、可穩定供應、乾淨、低社會成本的新能源或再生能源時，則不但滿足我們經濟發展及生活品質的需求，更將協助我國建立「非碳家園」及「非核家園」的無污染能源使用環境的終極目標。在眾多再生能源技術中，生質能是目前相當被廣泛應用也是最具有發展潛力的一種再生能源，約占全世界再生能源利用的80%，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）。政府於2006年農業生物技術國家型科技計. 1.

(22) 畫中，也將生質能源的轉化及生產技術與微生物篩選技術列為發展重點。國家型生質能源計畫及能源發展政策，以能源作物被利用後的全株及殘餘物作為基質。生質能源轉化及生產技術方面主要有：生質燃料（酒精）、生質柴油以及生質氣體等三部份，在生質燃料方面，目前農委會規劃以糖份或澱粉質高的農業作物作為主要物料來源，以澱粉酵母或酵素將澱粉質轉化為酒精，再以純化分離技術生產燃料酒精；在生質柴油部分，以高油份豆類（如大豆、油菜籽炸油）加以轉化為生質柴油；而第三部份則是生質氣體 (蘇忠振，2006)。這些能源作物如果可仿效其他農業廢棄物如稻桿、米糠、廚餘等，可經由水解、醱酵產氫反應過程產能回收能源，例如林建勝(2006)研究中使用廚餘當作基質最高的產氫 yield 有 96.4±37.9 mL H2/g VSSin、曾智鉉(2006)研究所使用酒廠廢酒糟及污水處理廠廢棄物污泥作為混合基質最佳的產能效率有 811 cal/ g-COD，郭倍甄(2007)研究中所使用米糠及污水處理廠廢棄物污泥作為混合基質最佳產能效率有 1,526 cal/g-COD。而能源作物被利用後的全株及殘餘物，因為含有豐富纖維的固體及半固體物，所以本研究將找出有效分解固體及半固體物的水解菌種有助於產能，例如許景富(2003)利用 Clostridium thermocellum 分解不同量之纖維素的厭氧產氫試驗及王馨儀(2006)研究能降解纖維素的嗜熱厭氧菌的產能都有好的產能效率，所以值得做進一步深入的產能研究。就能源政策而言，目前政府應考慮長期能源供需、國際趨勢及能源使用社會成本，確保我國能源政策兼顧經濟發展、能源安全與環境保護，並邁向全球現階段「低碳家園」的目標。利用國內土地種植能源作物所吸收的二氧化碳，占總體生質能所抵減二氧化碳的 80%以上，顯示利用國內種植能源作物比用進口原料，更具實質二氧化碳減量效果。我國氣候與土質有良好的條件，目前適合生產的能源作物很多，包括甘藷、甘蔗、玉米、油菜籽、大豆、落花生等。但是大部分都是單價較高的產物。我國稻米產業結構仍處產業調整過程，目前約有 22 萬公頃每年 2 期作物的休耕農田，因此農委會正努力推動如何充分利用這些休耕農地以發展綠色能源產業。政府目前初步規劃以雲林、嘉義、台南、高雄及屏東等 5 縣. 2.

(23) 為示範推廣地區，輔導栽培油菜、大豆及向日葵 3 種能源作物，而農民如配合政策利用休耕田地區種植能源作物，將可獲得政府能源作物給付每公頃 6 萬元補助（農委會，2006）。而能源作物的用途，例如大豆富含蛋白質 35~45％及脂肪 17~23％，營養價值極高，植株為良好的飼料、燃料及綠肥作物，可提煉食用油、潤滑油、油漆等，甘蔗渣含豐富纖維通常被利用當製紙的材料、有機肥使用、木板製成品等用途，葵花通常都是用來榨油做成食用油，而榨下來的葵花粕大部分被當作有機肥料所使用，油菜大多是被當作綠肥或是觀賞，也可榨油成為生質柴油、潤滑油等，所剩下的油菜粕可當做有機肥料所使用。本研究評估發現油菜花具有發展優勢，根據 95 年農委會資料油菜種植面積高達 28,694 公頃，它不但價格低價而且生長容易，不僅可以榨油轉為生質油；在生質氣體方面，榨油所剩下的菜籽粕也可以當作產氫基質加以利用。我國油菜的生產效益並不高，採收量僅 0.015％，剩下都作為田間綠肥使用。因應未來全球及國內能源發展趨勢，能源作物的發展必需立基於能源永續發展，為鼓勵使用再生能源及確保地球環境永續發展，行政院農業委員會推動種植能源作物，於 95 年於雲嘉南等縣休耕地，種植能源作物大豆及向日葵計 1,721 公頃，約產製 270 公秉生質柴油，重新啟用休耕或廢耕農地種植能源作物。油菜、大豆、向日葵、甘蔗等油脂含量高的能源作物為料源經過榨油及轉化技術後用來提煉生質柴油、酒精汽油之用。農地的再利用及環境保護和自然保育，唯有仰賴能源政策、農業政策、以及環境政策的整合規劃，才可解決休耕農地問題、增加農村發展機會。而利用這一些能源作物或榨油後所剩的廢棄物來發展生質能源產氫，不但可以減少榨油後的廢棄物也可以再利用以達到環境永續發展，兼具能源、環保，農業經濟的優點，所以利用能源作物發展生質能源才可望有大的發展空間。近年來能源缺乏物價指數上漲，生質能源(biomass energy)廣受能源科技產業的重視，在生質氣體方面以厭氧或兼氣微生物進行醱酵作用來產生氫氣、甲. 3.

(24) 烷、揮發酸等物質。在產氫方面，目前以厭氧醱酵產氫技術最具有發展潛力，而在基質上面使用農業廢棄物全株及殘餘物來產能，不僅可以再利用也可以達到資源化的目的，所以被視為最值得重視及發展的方向。以農作物之殘餘物作為能源作物也越來越普遍，將是未來產能的趨勢。而能源作物大多是固體或半固體物，因含大量的纖維素(cellulose)、半纖維素 (hemicellulose)及木質素(lignocellulose)等成分，相當難以分解，所以利用能夠分解纖維素的菌種將能源作物中的纖維素、木質素等成分分解。可以將纖維素、木質素分解菌種如:Geobacillus、Bacillus及Clostridium等菌屬的特定菌株，在兼氣到厭氧環境下，有效的裂解纖維素及木質素。在厭氧狀態下，利用本研究室從台中市黎明污水處理廠終沉池底泥所馴養的Clostridium為產氫菌種搭配純種水解菌種(兼氣菌)組成反應菌液，以能源作物為基質，於兼氣的環境下經水解菌及Clostridium的水解、醱酵及酸化反應過程得以回收H2能源。本研究將利用由具潛力的能源作物油菜粕、大豆、豆粕、甘蔗、葵花、基質中，先篩選出最佳產能量之作物，其中最具可行性的為油菜及油菜籽粕，所以選用油菜及油菜籽粕作為產能基質，並從新竹食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心(BCRC)所購買之5株水解菌種(Bacillus 3株、Clostridium 2株)，從4 株水解菌種中找出能有效分解油菜及油菜粕纖維素的菌種，作為本研究實驗中水解部分的菌種，再搭配本研究室所馴養的Clostridium產氫菌，先行水解基質成為較小的分子，可以有效的被產氫菌所利用產生能源。因為能源作物含有大量的纖維素質等，如果可以找到有效水解能源作物的菌種及方法，可以提升能源作物被醱酵產氫菌所利用而產生更多的能源。也可以解決農業廢棄物以及增加再生能源產量。故本研究將作一系列的試驗評估油菜及油菜籽粕具再能源化的可行性及探討油菜及油菜籽粕最佳的產能操作條件，包括：最佳水解菌篩選、最佳基質篩選、不同起始pH值、不同混合菌液(水解菌/產氫菌)配比、不同基質/混合菌配比、不同的基質濃度，不同溫度等之產能批次試驗，以了解最佳產能操控條件。. 4.

(25) 第二節研究目的本研究主要是以批次試驗的方式，將由新竹食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心(Bioresource Collection and Research Center，BCRC)所購買 5 株水解菌種，搭配台中市黎明社區污水處理廠終沉池污泥所馴養的產氫菌，組成混合菌液；再與油菜及油菜籽粕基質進行產能實驗，以評估產能之可行性以及在何種操作條件可以得到最佳的產氫效率。本研究之目的如下：一、為了瞭解各種具潛力之能源作物的產氫、水解狀況，及能源作物適合水解之菌種。二、為瞭解水解菌及產氫菌搭配油菜及油菜粕用於分解、醱酵產能的最佳水解效果及產H2狀況為何。三、為瞭解在不同起始pH、不同水解菌/醱酵產氫菌之混合菌液配比（水解菌/ 產氫菌配比分別為0/6、1/5、1/4、1/3、2/3、2/2）、不同混合菌液/基質配比（混合菌液/基質配比分別為0/6、1/5、1/4、1/3、2/3、2/2、3/2），何者有最佳產氫操作條件。四、為瞭解不同基質濃度、不同溫度調控下，最佳產能操作條件及最佳產能效率，並評估其再能源化之可行性。五、藉反應動力學方程式的模擬，以瞭解微生物生長及產氣的反應動力參數。. 第三節名詞釋義本研究將能源化、生質能源、能源作物、厭氧產能詳細清楚的名詞釋義。一、能源化(energization) 能源化即是利用物質將其轉換為能源的方法，生質能轉換為能源的方式可分為直接燃燒技術、物理轉換技術、熱轉換技術與化學/生物轉換技術。化學/生物轉換技術是指經醱酵、轉酯化等生物化學轉換程序以產生沼氣、酒精、生質柴油、. 5.

(26) 氫氣等，作為引擎、發電機與燃料電池的燃料。例如垃圾掩埋場廢棄物、工業或畜牧廢水經醱酵產生的沼氣可以發電；又如廢食用油經轉酯化反應可產製生質柴油，作為汽車的替代燃料等。將生質物轉化為類似煤、油、天然氣的衍生燃料，易於儲運並可提高能源效率，降低污染，同時可與資源回收系統結合，節省廢棄物處理成本，使生質能技術極具市場競爭力，而本研究以能源作物經過水解、厭氧醱酵產氫、甲烷化反應等過程以產生生質氣體作為主要利用的能源。二、生質能源(biomass energy) 生質(biomass)係指生物(動、植物及微生物)來源之有機體(江晃榮，2006)，而生質能就是利用生質物經轉換所獲得之電、熱等可用的能源物質。我國將生質能定義為國內農林植物、一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經生物處理過程所產生之能源，即為「生質能源」(再生能源發展條例草案，2002)。三、能源作物能源作物的種類，主要有穀類作物（如小麥、玉米）、澱粉類作物（如馬鈴薯）、糖類作物（如甘蔗）、油料作物（如油菜、向日葵、亞麻、澱粉類作物與糖類作物）、纖維作物、染料作物、以及其他能源作物（如生長期較短的木材或整株作物，包括芒草、玉米或榖類作物）。上述作物的非食用用途，則可分別提煉出澱粉、糖、油菜籽油、亞麻籽油、葵花油與纖維等工業原料，或是將其進一步轉成熱能與電力的供應原料（王茹涵，2006）。四、厭氧產能在厭氧的條件下，厭氧及兼氣厭氧的厭氧微生物群先將有機物經水解、產酸反應，將大部分有機物轉化為揮發酸、醇、醛、氫氣等中間代謝產物。醱酵產氫是利用特殊微生物及酵素，在水體環境中將複雜有機物水解酸化，分解出中間產物氫氣，其原理為以有機物為電子提供者，經由醱酵作用將有機質分解，伴隨產生的部份電子則藉由特定之電子傳遞系統與產氫酵素，將電子傳遞給水體中的質子(H +)而產生氫氣。. 6.

(27) 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、各種產能作物及其廢棄物產能可行性探討、油菜與油菜籽粕成分分析及用途、厭氧產能微生物、厭氧醱酵產氫反應機制、影響厭氧產能反應之環境因子、厭氧產能之相關研究、厭氧產能反應動力學模式原理，做回顧探討。. 第一節能源危機與生質能能源是國家經濟發展及人民生活上很重要的必須品，隨著科技發展，人類對物質上的要求越來越多，所耗的能源量也逐漸上升，而台灣天然資源蘊藏貧乏，能源幾乎全數仰賴進口。人類對於燃料的使用量，開採速度及依賴性看來，全球在未來幾十年絕大部分的能量需求仍需仰賴化石燃料，所以為了避免化石能源耗盡，及其他再生能源不足以支撐龐大能量需求的窘境，現今除了減少能源浪費之節流方式，開發並發展新的替代能源已是刻不容緩的課題。目前世界各國均投入大量的資源及人力，從事新的替代能源的開發，以期能在未來的世紀，順利取代化石燃料成為新的能量來源。一.能源危機根據經濟部能源委員會九十年五月「臺灣能源統計報（九十年）」資料顯示，在技術與成本的限制下，預估世界石油蘊藏量只能再開採41年，天然氣可再開採 67年，煤炭可再開採192年，而核能發電所使用的鈾礦預估可再開採77年（經濟部能源委員會，2002）。二、化石燃料對環境的衝擊工業快速的發展大多是仰賴化石燃料，成為推動人類發展的重要能源之一。. 7.

(28) 可是化石燃料的燃燒卻造成溫暖效應提高，造成生態環境受到嚴重的傷害。化石燃料燃燒所排放的大量二氧化碳成了地球溫室效應的元兇，排入大氣中的二氧化碳造成近百年來地球年平均溫度快速上升，也使氣候變遷速度較自然變遷速度快約15~40倍，造成生態、氣象及水文上的不穩定（楊日昌，1993）。而全球氣溫增高使兩極冰帽融化使海平面逐漸上升（施學銘，1996），造成人類賴以為生的陸地範圍不斷縮小，則是全球暖化帶給人類的一大危機。另外燃燒煤炭及石油所產生之大量硫氧化物及氮氧化物則是形成酸雨的元兇。酸雨使水體酸化影響水體生態，亦造成土壤酸化抑制植物生長，對人類建築物及人體的傷害也是一大問題。所以化石燃料雖然提供人類生活便利及科技發展，卻也對環境生態造成大規模污染。為了兼顧人類發展及生活環境，發展乾淨的替代能源是勢在必行。三、再生能源隨著京都議定書於 2005 年簽署之後，已正式成為國際公約，工業化國家污染排放量受到管制，為尋求替代能源，再生能源利用已被列為重要考量因素之一。再生能源理論上係指取之不盡的天然資源，且利用這些資源的過程中不會產生污染物，再生能源主要包括：太陽能、風力、生質能、水力、地熱及海洋能等（經濟部能源局，2005）。 2003年國內所舉辦之「2003創新科技系列研討會」，在有關於國內能源政策的制訂及方向之檢討中，確定我國政府未來的能源政策，並於2020年將再生能源容量提升至12％；其中在「科技與能源政策」的建議中，更確立了努力推動再生能源發電的目標，也加速了「再生能源法」之立法。再生能源目前較具有開發潛力為太陽能、風力能、水力能及生質能，其中水力能運用的較為廣泛，但建造水力發電廠對河川生態的影響很大。太陽能的應用方面較多，大致可分為兩部分，分別是太陽熱能及太陽電能，太陽熱能的使用，如太陽能熱水器；而在太陽電能方面則有集熱式太陽能發電廠，藉著集中太陽能 8.

(29) 所產生的高熱來使水汽化產生蒸氣，進而推動渦輪發電機生電力。在風力能的部分，因風力不穩定性，使的供電量難以預期操控，且所需用地廣，因此仍有許多問題去克服。而生質能是國際公認最廣泛使用的能源，因為其最大的優點除了可產生能源外，並且可去除有機污染物，且生質能約占世界所有再生能源應用的三分之二。四、生質能源生質能(Biomass energy)泛指由生物及微生物經由生物程序所轉換產生之有機物質及相關的衍生物質，如稻桿、稻穀、廢棄物沼氣、有機污泥等農業廢棄物及畜牧業、工業、都市廢棄物，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)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)。根據國際能源總署(International Energy Agency, IEA)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11％的初級能源需求，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％。由於能夠生產生質能的物質種類非常多，因此依據各種生質物的物理與化學性質、密集度、經濟性的不同，在技術的分類上可依源料製備、轉換與應用方式作區分如下(經濟部能源局，2006) (一)料源技術：泛指料源的製備技術，如固態衍生燃料技術、富含油脂藻類之養殖/採收技術及陸生能源作物耕收技術等。 (二)轉換技術： 1.生物/化學轉換： (1)以糖質及澱粉類作物如甘蔗、田高梁、甜菜、甘藷、玉米及榖類等經由酵母醱酵或澱粉酶醱酵產生生質酒精； (2)以高油分含量植物，如：大豆、向日葵、油菜籽等榨油後，再經轉酯化程序生成生質柴油。 9.

(30) (3)或是利用微生物菌種在厭氧環境下產生氫氣、甲醇等沼氣燃料。 2.熱轉換：如以氣化、裂解方式產生合成燃氣或燃油等。自然界中的許多微生物如：藍綠細菌、根瘤菌、紫色不含硫菌等具有固氮能力之微生物在固氮過程中，也會伴隨氫氣的產生。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，且燃燒過後只產生能量和水，不會形成溫室氣體二氧化碳而造成環境污染，因此氫氣可能是未來重要能源之一。目前在基質利用方面，最有經濟且有開發效益，就是以有機廢水、廢棄活性污泥、農業廢棄物、食品、酒類等廢棄物為基質所進行的厭氧生物產能反應，主要分為醱酵產氫、甲烷化、光合產氫，其中所產生的生質能有氫氣、甲烷及醇類等能源。而厭氧醱酵產氫技術是利用微生物在厭氧狀態下，由三大細菌群如水解菌、產酸菌，依序進行水解、酸化、而表2-1為產氫技術之SWOT 分析，包括：產氫技術在應用及商業運轉時，所可能遭遇之優勢(Strength)、弱勢(Weakness)、機會 (Opportunity)及威脅(Threat)(經濟部能源局，2006)。. 10.

(31) 表2-1 厭氧產氫技術之SWOT分析技術優勢(Strength). 厭氧醱酵/厭氧光合產氫技術 1.無污染。 2.於常溫常壓下操作並不需提供額外能源，可消化廢棄物以減少環境污染。 3.氫氣熱值相當高。. 弱勢(Weakness). 1.技術仍在研發階段，未進入實用化階段，尚未有任何實廠化案例。. 機會(Opportunity). 1.能源工業中氫氣是極好的傳熱載體。 2.氫能可利用形式眾多。 3.物料來源豐富。 4.因應燃料電池動力的普及，氫能市場將有極大幅度的擴張。 5.台灣已有學術單位投入生物產氫的基礎研究，九年以上的深厚基礎，在基礎技術開發上，台灣不遜於各先進國家。. 威脅(Threat). 1.日本、歐盟、美國等國家皆已投入大量經費進行全面整合性之研究。 2.各先進國家多已進入技術實用化開發階段，開始進行大規模戶外生物產氫程序示範。受限於學術界研發規模有限，台灣在生物產氫實用化上是較為落後的。資料來源：經濟部能源局(2006). 11.

(32) 第二節各種產能作物及其廢棄物產能可行性探討能源作物的種類，主要有穀類作物（如小麥、玉米）、澱粉類作物（如馬鈴薯）、糖類作物（如甘蔗）、油料作物（如油菜、向日葵、亞麻、澱粉類作物與糖類作物）、纖維作物、染料作物、以及其他能源作物（如生長期較短的木材或整株作物，包括:芒草、玉米或榖類作物）。上述作物的非食用用途，則可分別提煉出澱粉、糖、油菜籽油、亞麻籽油、葵花油與纖維等工業原料，或是將其進一步轉成熱能與電力的供應原料（王茹涵，2006）。一、能源作物主要應用範圍與領域 (一)工業原料類：油料作物、染料作物、纖維作物及燃料作物，在化工業所研發的應用產品，包括:紙張、漿糊、包裝物質、染料、清潔劑、潤滑油、醫藥、油料、漆料、印刷顏料與化妝品。 (二)燃料類：從油菜籽所提煉出菜籽油，再經轉化，所產生之生質柴油等含能量物質。 (三)燃氣類：利用醱酵技術，提煉出生質燃氣，如糞尿或有機廚餘厭氧醱酵產生氫、甲烷等沼氣。 (四)能源載體類：如直接燃燒木材或整株作物，以產生電力或熱能等，如燃燒森林廢棄木、麥桿或稻草。二、能源作物的種類及生產現況在我國氣候與土質的條件下，目前適合生產之能源作物不少，包括：甘藷、甘蔗、玉米（以上可用以生產酒精）、油菜籽、大豆、向日葵、落花生、可可椰子（以上可用以生產生質柴油）。將目前主要能源作物之淨收益值彙整如表 2-2，由表中可知，甘薯及花生的單位面積之淨收益較高，而生食高粱、甘蔗、甜玉米、以及椰子的淨收益則較低，我國現有能源作物的生產效益並不高，經常作為田間綠肥使用，因應未來全球及. 12.

(33) 國內能源發展趨勢，能源作物的發展必需立基於能源永續發展，且兼顧廢休耕農地的再利用及環境保護及自然保育的功能（例如:用以取代化石能源而減少空氣污染物及 CO2 的排放），因此，未來唯有仰賴能源政策、農業政策、以及環境政策的整合規劃，利用能源作物發展生質能源才可望有相當大的發展空間。表2-2 我國能源作物之損益表. 一期大豆二期大豆. 每公斤生產成本（元） 23.33 20.45. 產地價格（元） 24.87 24.77. 裡作甘藷一期甘藷. 4.61 8.09. 8.04 5.26. 51,892 16,681. 一期落花生二期落花生二期飼料玉米一期高粱生食甘蔗二期甜玉米可可椰子油菜籽油菜向日葵. 32.70 45.32 12.65 13.41 4.92 1.307 12.52 -. 37.31 37.31 15 4.61 9.18 14.82 5.78 -. 9,300 14,236 6,295 1,973 351 142 -118,166 -14,438 -15,995 -15,084. 作物. 每公頃損益（元） 3,709 11,028. （資料來源：黃瀕儀等，2004）三、能源作物產能可行性探討根據黃瀕儀、盧文章、黃宗煌（2004）的研究指出以生產潛力、生產成本、環境能源效益等三面向指標，針對油菜籽、大豆、向日葵、椰子等較具發展與應用潛力之能源作物的各項指標進行評分。由表 2-3 可知，發現油菜籽最具發展優勢，其次則為向日葵與大豆，鑑於大豆生產成本甚高，進口大豆相對容易，而且進口價格低廉，故建議第二考慮以向日葵為優先。. 13.

(34) 各能源作物產能效率估算結果如表 2-3 所示。就酒精的生產而言，以玉米較便宜，其次為甘藷，再其次為甘蔗；而就生質柴油而言，國際間仍以大豆最便宜（以美國為代表），但以我國的生產條件來看，自產大豆來製造生質柴油是毫無競爭力的；至於油菜子則與向日葵相去不遠（黃瀕儀等，2004）。四、能源作物其廢棄物的產能能力分析表2-3 能源作物之能源產出與單位生質能源之料源成本生產一單位能源能源別作物所需料源重量（公升/公斤）酒精甘藷 8 製糖(甘蔗) 15.3～16 玉米 2.5 柴油油菜籽 2.5 向日葵 2.55 椰子 2.75 大豆 8.7 2007 年. 每公頃作物之生質能產量（公斤） 2,913 5,595～5,851 1,663～2,088 418 366 4000 251. 生產每單位能源之料源成本（元/公升） 43～64 98～102 20～33 23 23 60 239(台灣) 10（USA） 250(台灣) 26（USA）. （資料來源：黃瀕儀等，2004）種植能源作物來生產生質能源（例如生質柴油及生質酒精），至少具有農業政策、資源政策和生態保育等三方面的效益（黃瀕儀等，2004）：（一）農業政策面的功能休耕和粗放耕種是先進國家解決糧食過剩的兩項傳統農業政策措施，但是利用農產品生產生物能源，則為解決糧食過剩締造了第三條可行的道路，同時也可以解決為我國加入 WTO 後所面臨的農業問題（土地必需轉型利用的問題）。（二）資源政策面的功能從資源政策方面看，利用能源作物生產生質能源來加以應用，可以有效減. 14.

(35) 緩化石能源如石油、天然氣和煤炭等消耗量應得到保護，如果照目前的趨勢開採下去，要不了多久，許多資源將會枯竭。因此，發展再生能源（包括太陽能、風力、生質能、地熱及水力）是未來全球追求永續能源發展的重要策略之一。（三）生態環境的功能利用能源作物除可因物質和能量之應用而有良性循環，且對生態環境也相當有利。有些農產品在生產過程中雖然會產生溫室氣體，也會因使用過量的農化資材而造成一些環境污染問題，但用這些農產品所製造的生物能源，可因減少傳統化石能源的開挖使用，因自然環境破壞，自然資源消耗、減少及酸雨、全球暖化現象減緩，使得自然環境品質更佳，不會對環境造成破壞。而做為生物能源之作物的種植面積可增大輪作幅度，即同一塊地上作物種類的更換可以更加頻繁，這不但有利於恢復地力，還有利於減少病蟲害，減少肥料和農藥的使用量，從而有利於保護土地和水體。另外，一旦可以成功地做為生物能源的原料，將可誘導農產品新品種的開發和利用，如此將有利於形成生物多樣性，作物生產所衍生的生態景觀將更加豐富多彩，動物的生存環境也將多樣化（黃瀕儀等，2004）。而各種能源作物及其廢棄物之產能（biogas，CH4+H2）分析如下表 2-4：. 15.

(36) 大麥亞麻草料甜菜飼用玉米麻科植物芒燕麥黑麥草土豆蘆葦甜菜甜高粱枝葉小麥. 表2-4 各種能源作物及其廢棄物之產能氫氣能源產量甲烷能源產量總輸出能量淨能源輸出 -1 -1 -1 -1 (MJha ) (MJha ) (MJha ) (MJha ) 5,353 29,522 35,175 15,613 0 45,441 45,441 36,785 19,263 116,046 135,309 117,063 13,429 125,723 139,152 121,522 829 62,419 63,248 45,618 0 97,767 97,767 91,533 5,733 26,812 32,545 17,451 3,140 115,759 118,899 114,189 7,259 27,737 35,037 -13,163 0 38,205 38,205 34,168 18,853 112,017 103,871 112,624 22,685 219,642 242,327 223,928 2,338 73,180 75,519 69,190 3,351 81,081 84,432 62,538 （Hartinet et al.,2006）. 五、農業廢棄物及半固體廢棄物之處理技術根據楊紹榮(1997)的研究中指出目前農業生產過程中所產生的廢棄物有：（一）穀類廢棄物(稻草、稻殼、玉米桿、玉米穗軸、落花生藤、落花生殼、毛豆藤、大豆藤及甘藷蔓等)。（二）特用作物廢棄物(蔗渣、蔗葉等)。（三）蔬果廢棄物(果菜市場廢棄物，酸菜廢棄物)。（四）食品工廠廢棄物(農產、水產及禽畜加工之廢棄物等)。（五）菇類栽培介質廢棄物。（六）禽畜及養殖廢棄物。（七）樹皮、庭園及行道樹修剪之廢棄物。而目前主要有幾種農業廢棄物的處理機制，不外乎（1）在田間進行堆肥處理，使其腐熟；（2）直接焚燒成灰燼，讓其營養份回歸土壤中；（3）或翻入田間. 16.

(37) 土壤中，令其自然腐化作為綠肥。於是有些學者開始考慮農業廢棄物的再利用技術，甚至能源化技術。除此之外，實際上它們可以用於其他方法加以利用，也可產生一些經濟效益，在賴朝琴（2004）的研究中指出，台灣稻米年產量約 200 萬公噸，可得約 3 萬公噸米糠油。因此以米糠油為原料，估計有年產 2.5 萬公噸生質柴油之潛力，由於米糠油中含較多的游離脂肪酸(Free Fatty Acid, FFA)，將含 FFA 的米糠油酯化成脂肪酸甲基酯(Fatty Acid Methyl Ester, FAME)，再以 NaOH 作鹼催化，總反應時間 1 小時後可使 FAME 含量達 98%以上，具有極佳之效益。因此，由上述文獻可以得知，目前農業方面每年都產生大量的廢棄物，但其中大部分沒有得到充分利用，若能選擇適當的處理技術，加以再利用，將能減輕能源之使用量，也可減少大量之農業廢棄物。六、能源作物可應用的前處理技術能源作物因富含大量的纖維素(cellulose)、半纖維素(hemicellulose)及木質素(lignocellulose)…等成分，相當難以分解，因此必須採取適當的前處理技術，而國內主要的能源作物之前處理技術，目前計有：加熱處理(李傳華，2003)，鹼化處理(Beckmann，1919)，酵素前處理(張殿傑、武雲東，2001)，化學處理（Ngu. et al., 2001），超音波處理(張永和，2004)，以及冰凍處理(林月惠等，2001) 等技術。根據李傳華（2003）的研究指出利用水解技術，以甘蔗渣、樹葉和菜皮三種物質為材料，並加入催化劑 Na 2 CO 3 的條件下，上述廢棄物可轉化得到含有大量的腐植酸物質，最高能達到 45％左右，而這類腐植酸物質可以作為生態肥料，具有良好的肥效和經濟價值。而臧金燦、樊國燕（2003）研究中指出，稻桿的鹼化處理可使植物細胞壁變得鬆散，易於分解處理。張殿傑、武雲東（2001）的研究中指出，採用 BYIM（農用酵素）處理稻桿製成酵素菌堆肥，施放於田間可增加土壤有機質，促進土壤團粒結構形成，改良土壤結構；提高土 17.

(38) 壤肥力，抑制土傳病害，提高作物的產量，改善產品品質。在 Ngu et al.,(2001)的研究指出將化學氧化劑，諸如過氧化氫(Hydrogen Peroxide)、高錳酸鹽(Permanganate)及臭氧(Ozone)等加入受污染之作物中，藉由氧化作用將污染作物氧化產生二氧化碳或轉化污染作物為無毒性之化合物。在 Beckmann(1919)研究中提出以 1.5％的 NaOH 溶液將稻桿在室溫下浸泡 3 天後，再將多餘的鹼用水沖掉，結果麥稻的有機物消化率由 45.7％提高到 71.2％。由上述的文獻可以發現能源作物若含大量的纖維素(cellulose)、半纖維素 (hemicellulose)及木質素(lignocellulose)等難以分解成分，若能選擇適當的前處理技術，將可有效分解像纖維素等難以分解有機物質，而經分解後之有機物可經由後段的能源化技術來產生能源，使能源作物之產能效益提升。因廢棄農作物含有相當量的纖維素在產能上難以分解利用，目前將纖維素由生質轉化成糖的技術一般可分為酸化水解法與酵素水解法兩種。酸化水解法一般分為弱酸製程與強酸製程兩種。弱酸製程可以用於酵素水解法製程的前處理，也可以單獨處理。酵素水解法已有商業化規模，可以用於一般農業廢棄物如麥桿、玉米桿和硬木，較不適合處理軟木，其完整的製程如圖 2-1 所示。. 木質進料. 酵素生產. 前處理. 水解. 葡萄糖. 木質素發酵. 蒸餾. 廢水處理. 乙醇圖 2-1 酵素水解纖維素糖化製程（洪永杰、許博爾，2005）. 18.

(39) 第三節油菜與油菜籽粕成分分析及用途油菜之播種期旱田以 9 月中、下旬至 10 月下旬，水田裡作以 10 月中旬至 11 月上旬為適。我國以彰化縣栽培最盛，台中、苗栗、嘉義、雲林、南投亦栽培不少。不過栽培用途極少是收取種子供榨油，多半是翻入土中當綠肥。2006 年各縣市全年油菜籽之生產概況如表 2-5 所示。油菜種植面積雖然高達 28,694 公頃，然而油菜籽之採收面積僅 0.015%，絕大部分都充當綠肥使用，這是因為政府鼓勵種植綠肥的誘因所致。一、油菜與油菜籽用途油菜屬十字花科 1、2 年生草本，原產於歐洲及西伯利亞。油菜幼株可當蔬菜食用，炒煮方法與小白菜近似，口味亦相當。油菜籽含有豐富油脂，經榨取或提煉後可供食用，是遠東地區重要食用油料作物之一；少數油菜籽則用以製造肥皂、香料、潤滑油等工業原料。榨油副產之菜籽餅則為良好的家畜、禽飼料。油菜莖葉可供養鵝、鴨之青飼料。油菜花期長，花蜜豐富，為冬季養蜂之理想蜜源。二、油菜與油菜籽成分油菜的營養成分含量及其食療價值可稱得上諸種蔬菜中的佼佼者。據專家測定，油菜中含鈣、磷、鐵、胡蘿蔔素，所含維生素 C 比大白菜高 30 多倍。營養成份中有，蛋白質、脂防、碳水化合物、粗纖維、灰分、鈣、磷、鐵、胡蘿蔔素、硫胺素、核黃素、菸鹼酸、抗壞血酸(農委會)。表 2-6 為油菜及油菜籽粕含量分析。. 19.

(40) 表2-5 2006年各縣市全年油菜籽之生產概況(資料來源：農委會) 油菜. 縣市. 種植面積(公頃). 台北縣宜蘭縣桃園縣新竹縣苗栗縣台中縣彰化縣南投縣雲林縣嘉義縣台南縣高雄縣屏東縣台東縣花蓮縣新竹市台中市高雄市合計. 0.2 22 2,665 1,627 556 5,764 4,034 436 6,002 1,272 1,332 6.02 21.96 2,605 1,952 1.25 2.69 0.1 28,694. 收穫總量(公斤) 2,250 369,000 33,893,415 19,004,800 8,769,445 80,103,587 68,536,940 9,655,765 106,667,981 19,923,870 37,304,850 72,540 253,853 29,455,740 23,546,840 1,418,575 2,693,000 1,300 441,700,751. 表2-6 油菜及油菜籽粕營養含量分析油菜營養成份(每 100 克含量). 油菜籽粕營養含量. 克. ％. 蛋白質. 2.60. 38.0. 脂肪. 0.40. 3.7. 纖維. 0.60. 11.1. 鈣. 0.10. 0.68. 磷. 0.02. 0.25. 成份項目. 20.

(41) 第四節水解能源作物纖維素相關微生物可分解纖維素之生物在自然界中到處存在，包含單細胞動物、真菌、細菌(好氧性微生物與厭氧性微生物以及嗜溫性細菌、嗜熱性細菌等)。而其生長環境包括土壤、沼澤濕地、河川湖泊、海水沈積物、腐壞的葉子、枯木及污泥等 (Ljungdahl ＆ Eriksson, 1985; Stutzenberger, 1990)。一、纖維素(Cellulose)厭氧好氧分解菌許多細菌具有分解纖維素的能力 (如表 2-7，2-8)，在厭氧狀態下，纖維素經厭氧細菌分解反應後，其分解產物有乙酸、H2、CO2 及醇類。而根據 Ljungdahl ＆ Eriksson (1985)研究指出，在自然的環境下，纖維素大部分被好氧真菌和細菌氧化為 CO2；而大約只有 10％纖維素會被厭氧的微生物將其轉換為甲烷。目前至少有 85 種 Clostridium (梭狀芽孢桿菌屬)被發現 (Cato et al., 1986)，雖然大部分的 Clostridium 無法分解纖維素，但在能夠分解纖維素的微生物中， Clostridium 仍佔了相當量的族群。Clostridium 屬於中溫菌，而依過去許多的研究中便可發現，在許多有機物中可分離出 Clostridium(Duong et al., 1983)。例如，在動物糞肥中分離出 (Viljeon et al., 1926; McBee, 1950, 1954)；在污泥中分離出 Clostridium thermocellum LQRI (Lamed and Zeikus, 1980)；以及在棉絮中分離出 Clostridium thermocellum JW20 (Ljungdahl et al., 1981)。. 21.

(42) 表2-7 目前已知可分解纖維素之厭氧性微生物 Anaerobes (厭氧性微生物) /Facultative aerobes Acetivibrio cellulolyticus Bacteroides (Fibrobacter) succinogenes Bacteroides cellulosolvens Bacteroides xylanolyticus Butyrivibrio fibrisolvens Caldocellum saccharolyticum Clostridium acetobutylicum Clostridium cellobioparum Clostridium cellulolyticum Clostridium cellulovorans Clostridium josui Clostridium papyrosolvens Clostridium stercorarium Clostridium thermocellum Clostridium thermocopriae Erwinia carotovora Erwinia chrysanthemi Eubacterium (cillobacterium) cellulosolvens Micromonospora propionici a Micromonospora ruminantium a Pseudonocardia thermophila Ruminococcus albus Ruminococcus flavefaciens Thermoanaerobacter cellulolyticus a. No longer recognized as true members of genus, or by this name or by inclusion in Be r ge y ’ s Manual (1984-1989).. 22.

(43) 表2-8 目前已知可分解纖維素之好氧性微生物 Aerobes (好氧性微生物) /Facultative anaerobes Acidothermus cellulolyticus Actinoplanes brasiliensis Actinoplanes phillipinensis Actinopolyspora halophila Archangium spp. Arthrobacter spp. Bacillus brevis Bacillus cereus Bacillus coagulans Bacillus firmus Bacillus licheniformis Bacillus pasteurii Bacillus polymyxa Bacillus pumilus Bacillus stearothermophilus Bacillus subtilis Cellulomonas biazotea Cellulomonas cellulans (formerly C. cartae) Cellulomonas cellasea Cellulomonas fermentans a Cellulomonas fimi Cellulomonas flavigena Cellulomonas gelida Cellulomonas turbata a Cellulomonas uda Cellvibrio flavescens a Cellvibrio fulvus a Cellvibrio gilvus a Cellvibrio mixtus a Cellvibrio ochraeus a Cellvibrio viridus a Cellvibrio vulgaris a Corynebacterium michiganense Cytophaga aprica Cytophaga aquatilis 23. Cytophaga tenuissima a Cytophaga winogradskii a Frankia sp Herpetosiphon geysericolus Microbispora bispora Micromonospora aurantiaca a Micromonospora chalcae Micromonospora inositola Micromonospora melanosporea Micromonospora olivasterospora Polyangium spp. Pseudomonas fluorescens var. cellulosa Pseudomonas solanacearum Serratia marcescens Sorangium spp. Sporocytophaga myxococcoides Staphylococcus saprophyticus Streptomyces albogriseolus Streptomyces celluloflavus Streptomyces cellulosae Streptomyces flavogriseus Streptomyces lividans Streptomyces nitrosporeus Streptomyces olivochromogenes Streptomyces thermodiastaticus Streptomyces thermovulgaris Streptomyces viridosporus Thermoactinomyces cellulosae Thermomonospora curvata Thermomonospora fusca Xanthomonas albilineans Xanthomonas campestris.

(44) Cytophaga aurantiaca Cytophaga hutchinsonii Cytophaga johnsonae Cytophaga krzemieniewskae a Cytophaga pectinovora Cytophaga rubra a a. No longer recognized as true members of genus, or by this name or by inclusion in Be r g e y ’ sMan u al(1984-1989). 國內生物資源保存及研究中心生物資料庫發現，在所有分解纖維素的細菌中，以 Clostridium thermocellum 及 Clostridium cellulolyticum 最有分解纖維素潛力，其生長環境，Clostridium thermocellum JW20 可生長在纖維素、木質素中，而 Clostridium thermocellum 生長在纖維素中的一個特徵是會產生一種黃色色素物質(YAS) (Ljungdahl et al., 1983)，除此之外，亦可生長在葡萄糖、果糖、木糖中。在最適生長環境方面，pH 約介於 6.1-7.5 之間，溫度為 28-69℃間 (最理想之溫度為 60℃)，而當以 cellulose 及 cellobiose 為基質時，其生長的適應時間分別為 6.5 hrs 及 2.5 hrs。而 Clostridium cellulolyticum 在 pH 7.5、溫度 35℃時，有最佳的生長狀況。. 二、水解纖維素相關研究黃美燕(2006) 的研究指出，以中台灣某廢紙回收造紙廠之廢水初沉池水樣中，培養出降解纖維素產甲烷之嗜熱厭氧混合菌群，此嗜熱厭氧菌群以濾紙或 α纖維素為主要碳源，以批次方式培養在不同的溫度、pH 值、碳源。不同纖維來源，包括 α-纖維素、濾紙、影印紙、瓦楞紙、報紙及稻稈及鹼度的條件下生長。結果顯示此嗜熱厭氧生物降解纖維素產甲烷之最佳溫度與 pH 值分別為 70℃與 pH 6.8 以最佳化生長條件培養時，有最高之纖維降解速率為 1.66 g‧L-1day-1，且可生成最高 4287±73 μmole 之甲烷生成。王馨怡(2006)的研究中指出乳牛所排放出之糞便中，培養出能降解纖維素產生乙醇的嗜熱厭氧穩定菌群。研究菌群以濾. 24.

(45) 紙為纖維素基質，其最佳乙醇生成溫度及 pH 值分別為 55-60℃左右及 pH 7.7；增加氮源濃度至培養基內的最佳乙醇產率之添加濃度均為 1g/l；最佳產乙醇率之濾紙濃度為 8g/l；降解不同紙類產生乙醇能力為濾紙＞影印紙＞卡紙＞報紙。培養基內濾紙(10g/l)可於九天內被研究菌群完全降解，其最終乙醇的產率約為 0.29g ethanol/g cellulose。吳奇生(1986)的研究中指出利用纖維素物質醱酵生產化學合成中間產物，可分解纖維素物質之菌株 clostridium thermocellum 經誘導變異及耐醋酸變異株篩選，可提高醋酸生成量約為原來之 5 倍。許景富(2003)的研究中指出在混合物實驗法發現 55℃時，產氫最好條件的組合量配比是 Clostridium. butylicum/Clostridium thermocellum：纖維素為 1/1/1。而在 40℃時，產氫最好條件的組合量配比是 Clostridium butylicum /Clostridium thermocellum / 纖維素為 2/0.5/0.5。由以上文獻可以得知，利用可以水解纖維素的微生物菌種，可以得到好的產能結果。. 25.

(46) 第五節厭氧產能微生物根據Nandi and Sengupta(1998)的研究中指出各種適合產氫的微生物包括了好氧，兼氣性，厭氧三種類型的微生物。（1）厭氧性產氫微生物：有Clostridia， Rumen Bacteria and Archea。（2）兼氣性產氫微生物：有Escherichia coli，. Enterbacter(3)好氧性產氫微生物：有Alcaligenes，Bacillus。各類產氫產氫微生物各有所嗜好的基質及產氫條件。根據Gottschalk（1986）的研究指出. Clostridium菌屬為已知產氫菌中厭氧醱酵產氫能力較佳的菌種。一、厭氧產氫微生物早期Toerien(1967)、Iannotti(1973)等人曾利用Vibrio succinogenes 菌株，將葡萄糖等碳水化合物，於厭氧環境下，醱酵產生氫氣。另外Karube(1982) 則將Clostridium butyricum 菌種利用固定化技術，於厭氧酸化過程之酸形成相中，亦能有效產生氫氣。因此，由過去許多的研究中發現，有很多微生物均具有產氫能力，如表2-9(Das & Veziro lu, 2001)。但因各產氫菌生理特性的不同，其產氫能力也不同，對於環境的要求亦有所差異(林秋裕等，1999)。. 26.

(47) 表2-9產氫微生物之種類(Das & Veziroğlu, 2001) 分類 Green algae (綠藻) Cynobacteria Heterocystous (藍綠菌). Nonheterocystous. Photosynthetic bacteria (厭氧光合細菌). Fermentative bacteria (厭氧醱酵菌). 微生物名稱 Scenedesmus obliquus Chlamydomonas reinhardii Chlamydomonas movewusii Anabaena azollae Anabaena CA Anabaena variabilis Anabaena cylindrical Nostoc muscorum Nostoc spongiaeforme Westiellopsis prolifica Plectonema boryanum Oscillotoria Miami BG7 Oscillotoria limnetica Synechococcus sp. Alphanothece halophytico Mastidocladus Phormidium valderianum Rhodobater sphaeroides Rhodobater capsulatus Rhodobater sulidophilus Rhodopseudomonas sphaeroides Rhodopseudomonas palustris Rhodopseudomonas capsulata Rhodospirillum rebnum Chromatium sp. Miami PSB 1071 Chlorobium limicola Chloroflexu aurantiacus Thiocapsa roseopersicina Halobacterium halobium Enterobacter aerogenes Enterobacter cloacae Clostridium butyricum Clostridium pasteurianum Desulfovibrio vulgaris Magashaera elsdenii Citrobacter intermedius Escherichia coli. 根據Yokoi et al. (1995)的研究指出，產氫菌主要分為厭氧醱酵產氫菌 (Fermentative hydrogen producing microorganisms)及光合產氫菌 (Photosynthetic microorganisms)二大類。光合作用微生物部份包括：紫色非硫菌、藻類等。醱酵產氫微生物又依其對. 27.