生質燃料(Biofuel) 巴西的生質酒精

有關燃料能源使用 隨著人口增長與科技的進步，不論是生活或工業方面對燃料的需求量都越來越大。 雖然石油的消耗量可以衡量一個國家繁榮的程度，但根據專家的推斷，目前全球石油蘊藏量大概僅能再開採四十年或更少。近年來石油價格節節上升即為明顯的例子。 為避免能源危機，各國的研究學者紛紛積極投入新能源的開發，盼能開發出新的無污染且價格低廉之能源。

在談生質能前 在談生質能前，要先解釋一個很多人都搞不懂的問題：同樣是燒東西，同樣是排放二氧化碳，為什麼燒生質燃料就環保，燒石化燃料就不環保？其實這個原因很簡 單，因為生質燃料裡的碳是植物從大氣中吸收進來後，固定在植物內的，而燃燒的過程只是把這些碳又再排進大氣裡，所以生質能理論上是碳中性的。 為什麼加上個「理論上」呢？因為生質燃料在整個生產過程中也需要大量的能量 -- 植物的種植、除草、除蟲、收割、運送、處理，做出來的燃料還要再運送到需要的地方。最後算下來，其實有不少能量浪費掉了，這也是為什麼不是每種植物都適合 當生質燃料的原因。雖然把木材丟進壁爐裡也算在燒生質能，但一般談生質能的時候都是以汽油／柴油替代品的身份談論的，因此如何生產成份、功能類似於汽／柴 油，又可以用現有的引擎燃燒的燃料，就成了研究的重點。

發展與技術更新 生質燃料分成四「代」 第一代：用傳統方法將常見的食物轉變成燃料。 發展與技術更新 生質燃料分成四「代」 第一代：用傳統方法將常見的食物轉變成燃料。 這類方法的技術最成熟，但是會發生燃料搶糧食的問題。 第二代：試著用糧食作物中沒有被用 到的部份（像王米桿、麥桿）等內含的纖維質，是相當好的廢物利用方式。 但是第二代技術效率還不是很高，要經濟地普及，還要一段時間。 第三代：用綠藻等藻類 快速而大量地產生生質，能夠更有效地利用本來就不能種植糧食作物的土地。 這種技術還有待突破，雖然理論上是可行的，但技術上還有困難。 第四代：是靠基 因改良的細菌，直接將空氣中的二氧化碳轉換成燃料。 自然，第四代技術還遙遠著...

第一代生質燃料 生質柴油（Biodiesel） 生質酒精（Bioethanol） 生質柴油是將油類經過化學作用轉換成柴油，就可以直接加到柴油車裏。也可以和普通柴油混合使用，例如 B20、 B99。 柴油車能否使用生質柴油的條件不在引擎本身，而是在管路 －－ 生質柴油對普通橡膠有侵蝕性。只有改用新種橡膠油管的中輛才能使用生質柴油。 生質酒精（Bioethanol） 將醣份含量高的作物，經過酵母菌發酵後，就會產生酒精。因為技術上並不困難，生質酒精是目前最普及的生質燃料。 酒精對現有引擎的零件侵蝕性相當高。另外一個問題乙醇的能量密度比汽油低，所以行走相同的距離，要花費更大體積的乙醇。 巴西是在使用乙醇燃料方面，最先進的國家，當地的汽車也都改裝成無論什麼比例的乙醇/汽油混合物，都能燃燒。不過要建立起一套完善的加乙醇站網路並不容易，要地方政府大力的支持才行啊...

生質酒精 也可叫做生物乙醇，就是利用微生物發酵把生質（biomass）中的醣分轉化所得到的酒精。生質酒精其實就是乙醇，分子式是 CH3CH2OH，和由石化原料生產的乙醇相同，差別只在於原料的不同。生質指來自生物體的非石化有機物，一般所指的生質通常是植物藉由光合作用產生的含碳化合物。 做為汽油的替代燃料，生質酒精通常以 5% ~ 15％ 和汽油混合，可在不修改現有汽車引擎的情況下使用，也可以完全替代汽油做為汽車燃料。添加 5％ 和 10％ 酒精的汽油就分別稱為 E5 和 E10，美國有 E85 汽油，也就是含酒精 85％ 和汽油 15％ 的混合燃料。使用生質酒精的汽油辛烷值高且較潔淨。此外，汽車引擎燃燒的酒精是由二氧化碳（CO2）經植物光合作用轉化的生質而來，形成封閉系統，在這個系統中循環利用 CO2，淨排放量是零。

生質酒精的原料 早在 1970 年代石油危機時，巴西、美國就積極投入生質酒精工業的發展，近年來在 CO2 超量排放、全球氣候暖化、國際原油供需不穩定和價格持續上漲等因素影響下，有越來越多的國家投入。2006 年全球的生質酒精產量約 4 千萬公秉，90％ 生產於巴西和美國。巴西以甘蔗為原料，美國則以玉米為主，生產生質酒精，甘蔗和玉米分別是糖質和澱粉質作物。 除了這兩者之外，做為生質酒精原料的作物也包括大麥、小麥、燕麥、稻米等穀類，還有甜菜、甜高粱，以及木薯、甘藷等。最近幾年的發展是以非糧食作物 為原料來生產酒精，也就是以木質纖維素或纖維質做為生質酒精的原料，包括穀類農作物廢棄物如麥稈、稻稈、玉米稈等，以及農業、都市和建築廢棄物，如蔗渣、 舊報紙、木屑、廢木材等，或者成長快速的纖維質作物，如芒草、狼尾草、柳枝稷等，甚至包括海藻類。 這幾年因為玉米酒精工廠大量設廠開工，造成玉米價格飆漲，美國國內畜牧業受到波及，使得全球糧食短缺而引起恐慌。為了加速纖維酒精的發展，並配合布 希總統未來 10 年內減少 20％ 汽油用量的宣示，美國能源部在 2007 年 6 月底宣布，未來 5 年內將提供 3 個研究中心總共 3 億 7 千 5 百萬美元經費，進行生物燃料研究計畫，目標是改進纖維素轉化為生質酒精的製程，以降低成本。

製造程序和技術 製造生質酒精的原料大致區分為 3 類，根據不同種類的原料，轉化成酒精的方式也不同。 第１類是糖質原料，如甘蔗，甜高梁等富含簡單的醣類。利用甘蔗和甜高粱的莖壓榨成汁後，可直接經酵母菌發酵製成約 13 ~ 17％ 的含水酒精，再經過蒸餾提高濃度到 95％，最後經過分子篩脫除水分成無水酒精。榨汁剩餘的廢棄物除可燃燒生產高溫蒸氣提供蒸餾時所需能源，甚至以汽電共生方式發電降低成本外，也可成為纖維 酒精的原料。巴西或國內臺糖公司未來的工廠，都是以這種方式運作的。 第２類是澱粉質原料，如小麥、玉米、木薯、甘藷等，澱粉含量分別約為 70 ~ 75％、60 ~ 70％、25 ~ 30％ 和 15 ~ 20％。這些作物須先經前處理步驟使澱粉釋放出來，而澱粉是一種聚合醣，須經液化、醣化步驟分解成可發酵的單醣（葡萄糖），隨後的發酵、蒸餾製程則和糖質 酒精一樣，這類酒精稱為澱粉質酒精。東南亞的國家大多以木薯為原料，美國和墨西哥則以玉米為原料。 第３類是纖維質原料，多半是農業廢棄物，是由纖維素（約占 38 ~ 50％）、半纖維素（約占 23 ~ 32％）及木質素（約占 15 ~ 25％）三者所組成。其中纖維素是長鏈狀的高分子結構，和澱粉一樣，是由葡萄糖所構成，但兩者結構不同。半纖維素則是短分子鏈的結構，是由多種糖類單體組 成，以五碳糖居多

生質酒精製造流程 玉米酒精製造流程圖 纖維酒精製造流程圖

生質酒精製造流程 甘蔗酒精製造流程圖

生質酒精DIY製造流程 1、原料前處理： （一）本實驗採用糖質原料為砂糖，直接配製成20％糖水備用。 （二）本實驗採用澱粉質原料為精白米，依試驗設計分成二部份，第一份採用白米洗淨 備用；第二部份將白米糊化熟製成白米飯。 2、接菌發酵： （一）20％糖水接種1％Saccharomyces cerevisiae菌種，進行酒精發酵。（25℃，7天） （二）白米添加β-amylase糖化酵素及Saccharomyces cerevisiae菌種，進行糖化及酒精發酵。（25℃，7天） （三）糊化熟製白米飯添加商業「白麴」，進行糖化及酒精發酵。（25℃，7天） 3、酒精蒸餾： （一）將酒精發酵完成酒醪置入蒸餾裝置，進行蒸餾獲得50％酒精產品。 4、酒精純化： 將50％酒精產品送至新竹工研院化工所減壓蒸發裝置進行酒精純化，獲得80％以上生質酒精產品。