能源的救世主─生質能源淺論
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能源的救世主－生質能源淺論 壹●前言
「由於石油能源不足，科學家早已積極尋找新的替代能源，包括核能、風力發電、
地熱、潮汐能以及生質能源等，其中「生質能源」是利用生物技術發展成的新能 源，是未來一種極具潛力的能源。」〈註一〉現今有許多國家都致力於發展生質 能源的相關產業，希望在石油危機前，找到一個好的替代能源。生質能源不但不 會造成環境污染，還可以永續利用，是目前最熱門了一種替代能源，這也就是為 什麼我們這組要選這個題目作為小論文的題目了。以下我們將對於一些生質能的 問題做一個探討。
貳●正文
一、何謂生質能
1.「可再生能源可以粗分成無碳能源和生質能源兩種。
A.無碳能源像是透過風力、水力或太陽能發電，整個過程中沒有碳原子的參與，
自然就沒有二氧化碳的排放。
B.生質能源像是生化柴油和酒精等，植物在生長的過程中吸收二氧化碳轉化成生 質能源，使用後所排放的二氧化碳不會超過植物生長時所吸收的二氧化碳。故使 用生質能源的二氧化碳淨排放量為零。」〈註二〉
2.「生質能的基本原理：植物吸收陽光、二氧化碳，進行光合作用，我們利用這 樣的循環，將二氧化碳吸下來，利用之後再回到大氣層中，CO2淨排放量是等於 零，所以我們把生質能視為再生能源的一種 。
3.生質能的定義：植物把 CO2吸收下來，我們利用植物變成能源之後，再把二氧 化碳還給大氣，不管怎樣的循環，都不會增加二氧化碳的排放量，也就是二氧化 碳零排放。
我國「再生能源發展條例(草案)」─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。」
4.生質能的特性：一般化石燃料（fossil fuels）─例如燒汽油、燒煤的話，把原來 儲存在地球裡的碳轉成二氧化碳，又排放到大氣中，這樣就增加了二氧化碳的排 放量；而生質能的應用就是不會增加二氧化碳的排放量。不論是何種再生能源，
其製造與運輸過程所消耗的能源則需進行如「生命周期」（life cycle）的相關研
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究與精算，才能得知實際的二氧化碳的排放量，再依此進行相關規劃或製程的改 良。」〈註三〉
二、發展生質能的理由及生質能技術的種類 1 發展生質能源的理由
A. 進口原油成本較高 B. 可大量生產
C. 解決能源危機、環境污染、土地利用等問題 D. 可再生
2. 生質能技術的種類
「生質能利用的技術範圍相當廣泛，其轉換為能源的方式可概分為直接燃燒技 術、物理轉換技術、熱轉換技術與化學／生物轉換技術。
A.直接燃燒技術是把廢棄物直接燃燒以產生熱能與電力，例如現有的大型垃圾焚 化廠，以焚化垃圾發電。
B.物理轉換技術是把廢棄物經破碎、分選、乾燥、混合添加劑及成型等過程，製 成易於運輸及儲存的固態衍生燃料，作為鍋爐、水泥窯的燃料，例如紙廠把廢棄 物製成錠型的固態燃料，作為燃煤鍋爐的輔助燃料。
C.熱轉換技術是指把廢棄物利用氣化與裂解（液化）等熱轉換程序產生合成燃油 或燃氣（瓦斯），作為燃燒與發電設備的燃料。例如從廢保麗龍或廢塑膠可回收 燃油作為鍋爐的燃料；又如稻殼、能源作物或廢紙渣可產製合成燃氣，進行燃氣 發電。
D.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、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。」〈註四〉
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三、生質轉化與纖維素酒精生產的瓶頸
「目前生質能源用纖維素（cellulose）的來源除了少數藻類與細菌外，大都是在 植物的細胞壁中。不僅是木本植物，草本植物也富含纖維素。纖維素的組成是由 葡萄糖（glucose）聚合成的長鏈分子，通常由數千至數萬葡萄糖所組成，雖然其 成份簡單，但是在植物發育與成長過程中，數條纖維素會被組合成 “微纖維”
（microfibril）的型態，繼而由許多條 “微纖維” 再組成體積較大的 “纖維束
（fibril），許多“纖維束” 在空間上並行而構成 “層”（layer），然後進一步 由數十至上千 “層” 堆疊成細胞壁的構造，許多植物細胞甚至含有二到三重細 胞壁，形成甚為複雜又堅固的結構。當檢視細胞壁顯微構造會發現纖維素分子形 成之複雜結構中，有較鬆散的（amorphous）區域，也有結晶狀（crystalline）的狀 態。結晶性具有非常密實的結構，由於其特殊的物理特性，造成酵素對之分解不 易，這就是工業界眾所周知造成生質轉化過程效率不彰的主要因素。然而，生質 轉化的瓶頸還不僅如此，除了纖維素物理結構因素外，觀察植物體與其細胞的結 構就會發現，纖維素其實只是位在細胞壁的成員之一而已，其纖維束則被其他的 聚合分子所糾纏環繞而導致遮蔽效應，這些聚合分子包括了半纖維素
（hemicellulose）、木質素（lignin）與果膠質（pectin），它們的結構與成份與纖 維素截然不同。除了這些非纖維素物質外，植物體最外的表皮組織（epidermis）
的上皮層中的特殊脂質cutin 具有防止外物滲透入侵的防護功能，這些都是纖維 素水解酶接近纖維素途徑過程中的障礙。
在纖維素酒精產程過程的設計，通常在纖維素轉化成糖份前會加上所謂 “前 處理”（pre-treatment）的步驟，其目的就是要破壞或降低這些障礙物所產生的遮 蔽效應，常使用的技術包括物理性的粉碎、蒸煮、真空爆破，然而這些方法需要 的能量輸入常常就佔去了全部產程消耗能量的一半；另外，也有增加化學性的酸 鹼處理方式，但其會產生對環境有毒物質的大量廢液。雖然這些做法在產業上已 行之有年，唯以經濟與環保考量，其實已增加了整體成本。因此，開發其他處理 方式有其必要，藉以減輕能源負擔與衍生的問題，甚至完全取代既有技術。我國 的研發方向則提出生物性處理方式，主要是利用各相關水解酵素來分解這些遮敝 纖維素的各項聚合物，例如半纖維素水解酶、木質素水解酶、果膠酶與酯酶，以 達到纖維素分子能充分顯露，使其水解轉化更有效率。而我國提出這方式的同 時，美國國家能源署在2006 年的評估報告中，也呼應了此論點。當然，此新方 法需要有其立足點，這不外乎是達成整體成本降低，並能維持或超越原有技術所 達成的生質能轉化效率。」〈註五〉
參●結論
生質能符合永續經營的理念，並非僅以處理為滿足，而是把生質物資源化與能源 化，兼具能源與環保雙重貢獻。同時，生質能的應用也極具經濟效益，可在政府
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適度的推動下，由民間業者投資經營，形成一完整的體系，不僅可妥善解決地方 的廢棄物問題，更能充分利用國內廢棄物資源，將之轉換為可用的能源，提升國 內發電容量。但因現今我國生質能的成本過高、技術不成熟，再加上價錢和普通 汽油不相上下、品質也比不上普通汽油，導致國人沒有意願發展及使用，知名度 當然也遠遠不及普通汽油，因此我們必須朝這些方向研究，嘗試開發價錢合理且 品質優良的生質能源，並且多向國人推廣。如此將對能源幾乎全仰賴進口的我國 有極大的助益，並使環保的推動更加落實，更為臺灣永續發展建立良好的基礎。
肆●引註資料
註一、不可思議的生物科技。江晃榮、世貿出版社。2001 年。146 頁 註二、《科學簡訊》2002 年 11 月。359 期。8～11 頁
http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2003&popsc_aid
=135
註三、http://www.caes.tpc.edu.tw/special/envi_epaper/9609/4.html 註四、《科學發展》2004年11月。383期。20～27頁
http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2004&popsc_aid
=123
註五、中央研究院週報。第1137期。
http://newsletter.sinica.edu.tw/file/file/12/1286.pdf
