台灣地區生質酒精作物評估

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(1)能源作物. 農試所所長林俊義農試所生技組賴瑞聲. 一、前言面臨石油等礦物能源逐漸耗竭，石油價格維持攀升趨勢，以及使用礦物能源產生大量二氧化碳造成的環境問題，開發新能源是必然趨勢，生質能源是可以考慮的替代能源之一，台灣目前考量發展方向為生質柴油及生質酒精（乙醇Ethanol）二類，其中生質酒精利用方式有二：一為以無水酒精添加至汽油中使用，稱為乙醇汽油，在酒精含量＜10%狀態下，可不修改引擎即可利用；另一方式為開發酒精汽車，可利用20%~25%乙醇汽油，甚至可使用含水酒精。如果汽車使用乙醇汽油，可降低CO排放量20~30%，降低CO 2排放量25%左右，同時還可減少鉛化合物、碳氫化合物、氮氧化合物等有害物質的排放量。國內外生質酒精主要來源是以澱粉作物（如甘藷、玉米、木薯及穀類等）及糖質作物（如甘蔗、甜高梁、甜菜等）發酵生產酒精，本文將介紹適合台灣種植之生質酒精作物，並對其應用於生質酒精之生產效益進行初步評估。. 二、澱粉類能源作物栽培與生產技術 (一)甘藷台灣位於熱帶及亞熱帶之間，氣候溫暖，周年均適合種植甘藷。一般而言，甘. 連絡人：林所長俊義連絡電話：04-23302301-200. 藷栽培季節可分為4個時期，即春作（即一期作，二月~四月間種植），夏作（即二期作，五月~七月間種植），秋作（八月~九月種植）及裡作或晚秋作（十月~ 十一月間種植），國內已建立成熟的栽培體系。但如栽培期不同，則可能因為氣候條件之變化，使其生長發育、塊根產量及澱粉含量有相當大的差異，春作甘藷之鮮重產量及澱粉含量較低，此為甘藷育種及栽培上需注意之要點。近年來甘藷以食用為主，全年可供苗品種為台農57號及66號，前者鮮藷澱粉含量高 (20~25%)，適合中南部種植，後者澱粉含量較低，適合北部種植，平均鮮重產量30公噸/公頃。農試所嘉義分所保存了約1,600個甘藷品種（系），如果以生產生質酒精用澱粉為考量，目前已篩選3個高澱粉品種，可應用於台灣生質酒精生產體系，包括(1)台農10號：晚熟種，塊根產量及澱粉含量高，為食用及飼料用品種，台灣各地區皆可栽培，適合秋作，平均塊根產量37公噸/公頃；(2)台農 31號：晚熟種，耐旱，乾燥脊地亦能豐產，塊根產量及澱粉含量高，為食用及飼料用品種（圖一），台灣各地區皆可栽培，尤其以台南、高雄最佳，適合秋作，平均塊根產量44公噸/公頃。(3)台農新31 號：晚熟種，耐旱，乾燥脊地亦能豐產，塊根產量及澱粉含量高，為食用及飼料用品種，台灣各地區皆可栽培，尤其以台南、高雄最佳，適合秋作及裡作，平均塊. 農業試驗所技術服務．2007年6月．第70期. 01.

(2) 能源作物. 根產量高於35公噸/公頃。澱粉用甘藷目前可以機械化栽培，從無病毒苗繁殖一直至採收均有一整套之小型機械栽培系統（圖二），有助於降低生產成本。 (二)玉米玉米依用途可區分為食用玉米、飼料玉米及青割玉米，只有飼料玉米適合做生質酒精，栽培品種以台農1號（圖三）及台南20號為主，台灣目前飼料玉米生產面積約11,000~12,000公頃，籽粒總產量約60,000~65,000公噸，單位面積籽粒產量約5.2公噸/公頃，以嘉義及台南為主要產區，全年均可栽培玉米，但以春、秋二季為主，秋作較春作產量高出約500 公斤/公頃。台灣已有完善之栽培生產體系，並有相關作業機械可配合，以真空雙層施肥播種器播種，並以大型收穫機進行採穗、去苞葉、脫粒一貫作業。 (三)木薯適於熱帶及亞熱帶氣候，無霜害及暴風雨較少的地區均可栽培，具有耐旱、耐瘠及耐酸等特性，栽培行株距60×120 公分，可春植或秋植，可進行單年生栽培或二年生栽培，栽培期長，約12個月才可採收且吸肥力強，對地力耗損大，不宜連作。依氰酸含量多寡可分為苦味種（高氰酸）及甜味種（圖四）二種，苦味種生育強健，產量及澱粉含量較高，主要供製粉及製籤用，民國60年代栽培面積達2萬公頃以上，每公頃平均產量約16公噸，民國68年選育埔里選1號，澱粉含量約29%，而民國81年以後製粉產業已沒落，目前僅零星栽培甜味種約100公頃，直接以塊根供作食用，單年生甜味種平均產量約為14公噸/公頃，目前尚無適當機械可配合採收作業。. 02. 農業試驗所技術服務．2007年6月．第70期. 三、糖質類能源作物栽培與生產技術 (一)甘蔗甘蔗為C4型作物，依用途可分為生食用甘蔗及製糖用甘蔗，生質酒精通常採製糖用甘蔗為原料，目前以ROC10、 ROC16及ROC24為主要栽培品種（圖五），其糖份含量約12%，台糖公司對於甘蔗生產已有多年經驗，目前仍保存有許多甘蔗種原，國內已建立甘蔗生產體系，一年四季都可進行種植，生長期約12個月（宿根栽培）~18個月（一般栽培），收穫期則集中於冬季，可有最高含糖量，國內平均莖稈產量78公噸/公頃，甘蔗以往都做砂糖加工用，也有副產品廢蜜酒精，但未曾直接以甘蔗原料生產酒精。在94年2月開放砂糖自由進口，政策性鼓勵離蔗的環境下，目前台灣年產約90萬公噸甘蔗產量，可維持3個工廠各 100開工天（每年12月中旬~翌年3月中旬）。 (二)甜高梁（圖六）高梁源自熱帶地區，為一年生C4型作物，具有抗旱性強、耐高溫生理特性，可分為籽實高粱（澱粉籽實）、甜高粱（莖稈糖汁）及纖維用高粱，台灣僅在民國70年代有甜高粱試種紀錄，其餘都栽培籽實高粱，民國81年時栽培面積約 25,000公頃，籽實產量約11萬公噸，而後配合水旱田利用調整計畫實施，91年生產面積剩約3,860公頃，主要集中於雲林、嘉義及台南地區。其中酒精用之甜高粱栽培管理方式與飼料用之籽實高粱相近，可於春、秋兩季播種，可採行春作播種，收穫後於夏作行宿根栽培，本所於 94年引進甜高粱種原進行試種，二年試.

(3) 能源作物. 圖一、甘藷台農31號。. 圖二、甘藷機械化採收。. 圖三、.飼料玉米台農1號。. 圖四、木薯甜味種。. 圖五、甘蔗ROC27品種（翻印自台灣農家要覽第三版）。. 圖六、甜高梁早熟品系Simon。. 農業試驗所技術服務．2007年6月．第70期. 03.

(4) 能源作物. 種資料顯示品系間單位面積產量為莖稈鮮重40~60公噸/公頃，糖份含量為8~9%。其優點為：(1)栽培容易，可用種子繁殖，(2)需水量低，水分利用效率高，(3) 耐旱及耐濕能力強，(4)生長期短（4個月以內），單位時間產量高，適合現有栽培體系，適用機械播種及管理，(5)可宿根栽培。但其缺點為： (1)播種後初期需雜草管理，(2)產物體積較龐大，儲存及產製過程需較大空間，(3)在農村景觀方面較不具美化特色。. 四、生質酒精作物產量及生質酒精轉換估算比較 (一)種植適期及產量比較上述五種生質酒精作物在台灣幾乎全年可種植，然而，因季節及氣候條件不同，產量及澱粉（或糖質）含量有很大差異，例如春作甘藷平均產量20公噸 /公頃，澱粉含量低於20%，秋作甘藷產量則可達40公噸/公頃以上，澱粉含量 25%；秋作玉米產量也較春作高約500公斤/公頃（表一），因而單位面積之澱粉產量有不同表現；以甘蔗及木薯而言，生育期大多超過12個月，不論春植或秋植，其收穫期都集中於12月~翌年3月；而甜高粱可行春作、夏宿根及秋作，唯不同期作間之產量及含糖量尚未有足夠試驗資料可供比較。以發展生質能源為考量，宜考慮最適種植期及省工栽培方式，以降低栽培過程之能源投入及生產成本，謹將此五種生質酒精作物之最適栽培期、產量及生質酒精轉換潛力列如表二，由表中可看出，除甜高粱外，其餘四種作物之收穫期集中於12月~翌年5月，對酒精工廠而言，原料供應太過於集中，完整之生質酒精生產體系應全年可穩定供應原料。. 04. 農業試驗所技術服務．2007年6月．第70期. (二)作物生長期及土地利用性以每公頃酒精產量而言，甘藷最多（5,000公升/公頃），甘蔗其次，玉米最低（1,456公升/公頃），惟甘蔗生長期長，只宜於低度利用之土地推廣。甘藷具有最高酒精產出潛力，惟其缺點為產期集中，水分含量高，必須建立乾燥、加工及儲運體系，以產地乾燥及儲藏後，分期運至酒精工廠轉化生質酒精。玉米可在田間乾燥至13%水含量，不必再加工，但其酒精產出低，在台灣成本較高。甜高粱雖酒精產出少，但栽培容易，耐風、耐雨、耐高濕，一年可三作，亦為可考量之作物，尤其春作無適當作物栽培時，可作為輪作用之酒精作物。如果考量作物生長期之長短，甘藷生長期約5個月，玉米生長期約4個月，木薯生長期約12個月，甘蔗平均生長期為15個月，甜高粱生長期約4個月，單位時間之生質酒精轉換潛力為：甘藷1,000 公升/公頃/月，玉米364公升/公頃/月，木薯232公升/公頃/月，甘蔗312公升/公頃 /月，甜高粱560公升/公頃/月（表二），以甘藷最高，甜高粱次之，木薯最低。以土地利用彈性而言，種植甘蔗土地利用彈性最差，其次為木薯，與現有休耕補助體系似不相符。 (三)澱粉類與糖質類原料之優劣比較澱粉類作物甘藷、玉米及木薯澱粉含量較高，原料體積較小，所需運輸成本相對較低，在工廠可儲藏時間較久（儲藏空間及成本是另一問題）是其優點，但澱粉類轉化為酒精需多一道將澱粉高溫糊化程序，需較多能源投入及轉化成本。而糖質作物糖質當量含量較低（佔鮮重之8%～ 12%），原料體積較大，所需運輸成本相.

(5) 五、結語石化能源有限，價格日益攀升是必然趨勢，發展替代能源是全世界一致的作法。巴西生產甘蔗酒精雖然產業成熟，但生產成本已無降低空間，產量更受到國際油價及糖價的交互牽動。國內酒精及食糖以進口為主，因應未來油價、食糖價格及. 能源作物. 對較高，並且不可儲藏，需儘速送至工廠加工轉化為酒精，然而，甘蔗及甜高粱榨汁後，糖汁可直接發酵轉化為酒精，轉化成本及能源投入較低，榨完汁之莖稈渣可作燃料或作纖維酒精，未來配合適當菌種篩選，可以整條莖稈進行發酵生產酒精，更能提高生產效益。. 表一、五種生質酒精作物種植期及產量比較單期作產量澱粉或糖質澱粉或糖質產 (公噸/公頃) 含量(鮮重) 量(公斤/公頃). 作物. 種植期. 採收期. 甘藷. 春作秋作/裡作. 6月~8月 12月~翌年5月. 20 40. 18~20% 25%. 玉米. 春作秋作. 5月~7月 12月~翌年2月. 4.7 5.2. 56% 56%. 木薯. 春植秋植. 12月~翌年2月翌年12月~年2月. 16. 29%. 甘蔗. 春植秋植. 翌年12月~後年3月翌年12月~後年3月. 78. 12%. 6~7月 9~10月 12月~翌年1月. 50. 8~9%. 春作甜高粱夏宿根秋作. 備. 註. 3,600~4,000 產量為鮮藷澱粉塊根，一年 10,000 可2期作產量為澱粉籽實，一年可2 2,632 期作，但5月~7月之可能降 2,912 雨不利於籽實採收產量為鮮薯澱粉塊根，一年 4,640 1期作產量為糖質莖稈鮮重（不 9,360 含葉片），通常為2.5年2收（新植及宿根各1次）產量為糖質莖稈及葉片鮮重 4,000~4,500 ，一年可3期作，台灣地區尚未有期作間產量比較資料. 表二、五種生質酒精作物最適栽培期及生質酒精轉換比較澱粉或糖質產生質酒精產量z 量(公斤/公頃) （公升/公頃）. 生長期單位時間之生質酒精轉（月）換潛力(公升/公頃/月). 作物. 栽培適期. 採收期. 甘藷. 秋作/裡作. 12月~翌年5月. 10,000. 5,000. 5. 1,000. 玉米. 秋作. 12月~翌年2月. 2,912. 1,456. 4. 364. 木薯. 春植. 12月~翌年2月. 4,640. 2,320. 12. 232. 甘蔗. 秋植春作夏宿根秋作. 翌年12月~後年3月 6~7月 9~10月 12月~翌年1月. 9,360. 4,680. 15. 312. 4,500. 2,250. 4. 560. 甜高粱. z生質酒精產量估算＝澱粉或糖質產量×50%. 農業試驗所技術服務．2007年6月．第70期. 05.

(6) 能源作物. 六、參考文獻原料如玉米、小麥等可能上漲的趨勢，自行發展生質酒精能源作物仍有其必要性。建立完整之生質酒精生產體系，需考量： (1)農地（休耕地）的利用，(2)栽培能源作物種類，(3)最適栽培期以達到省工及高產目的，(4)可機械栽培及收穫， (5)分散收穫期以穩定供應原料，(6)原料產地到酒精轉換工廠之原物料運輸距離及成本。因此，木薯生長期長、尚無機械可配合採收，且單位時間之生質酒精轉換率低，現階段不符合台灣發展生質酒精之要求；建議生質酒精作物體系可考慮3月~9 月生產二期甜高粱（春作及夏宿根）， 10月~翌年2月生產甘藷，既可避免單一作物連作之弊端，又能分散收穫期，較能穩定供應工廠原料，也可適當搭配秋作飼料玉米生產，其澱粉籽實體積小、含水率低，易於運輸及儲藏。後續之研究發展重點建議：(1)發展一套栽培生產體系，可同時納入油料作物（生質柴油用）、生質酒精用作物及糧食作物，使天候影響降至最低，又可減少勞力投入及降低病蟲草害防治藥劑使用。(2)篩選高產品系與省工栽培研究，尤其是採收與運輸機具之配合，以降低原料生產成本。(3)澱粉及糖類醱酵作用效率提升：由作物澱粉經常溫進行糖化及醱酵的酒精生成方式，是一種較省能源的方法，提高糖化作用效率及篩選高度醱酵能力菌種是值得發展的重點方向。(4)設置無水酒精製造廠，並建立酒精、蔗糖調節式生產工廠。(5)建立甘藷低成本乾燥加工儲運體系，以利甘藷採收後之調節及儲運。. 06. 農業試驗所技術服務．2007年6月．第70期. 王國任。2005。甘蔗。P171~180。農作篇（一）。台灣農家要覽增修訂第三版。財團法人豐年社。台北市。游添榮。2005。玉米。P69~80。農作篇（一）。台灣農家要覽增修訂第三版。財團法人豐年社。台北市。曾勝雄。2005。木薯。P165~170。農作篇（一）。台灣農家要覽增修訂第三版。財團法人豐年社。台北市。賴永昌。2005。甘藷。P57~68。農作篇（一）。台灣農家要覽增修訂第三版。財團法人豐年社。台北市。 Curt, M. D., Fernandez, J., Martinez, 401-409. Dolciotti, Ivano; Mambelli, Stefania; Grandi, Silvia; Venturi, Gianpietro. 1998. Industrial Crops and Products. 7: 265-272. Gustavsson, Leif; Börjesson, Pål; Johansson, Bengt; Svenningsson, Per. 1995. Energy 20: 1097-1113. Monti, Andrea; Venturi, Gianpietro. 2003. European Journal of Agronomy 19: 35-43. (本文同步刊登農業世界雜誌第287期).

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