專題製作經驗分享 經驗分享者:王麗華

簡報大綱 專題製作的意義 專題製作的特點 專題製作的準備 專題製作的實施 專題報告的呈現 範例介紹:生質酒精原料的開發

專題製作的意義 讓學生藉由主動的學習並透過知識的整合及團隊的合作，以達到解決問題的能力。

專題製作的特點 主動學習 訂定研究主題 主動蒐集資料 蒐集資料 知識整合 解決問題 團隊合作 結果呈現

專題製作的準備階段-1 組員的確定 專題的找尋 興趣 與不同老師溝通討論 符合自己的程度與能力 主題的深度與廣度 切合實際

專題製作的準備階段-2 蒐集資料管道 圖書館 網路 國科會 全國科技資訊網 碩博士論文 資料搜尋技巧-關鍵字 撰寫計畫書

專題製作的準備階段-3 撰寫計畫書 計畫書名稱 成員分工 設備與材料清單 專題製作的背景 專題製作的目的及方法 實施步驟及進度規劃 專題製作預期的成果

專題製作的實施階段 計畫書的分工與時程規劃 紀錄專題製作的過程的變動與心得 建立完整的學習歷程檔案

專題製作書面報告的呈現 封面 摘要 目錄(含圖表目錄) 緒論 理論部份 器材與材料 實驗步驟 結果與討論 參考文獻

專題製作簡報的呈現 簡報製作的美工編排 簡報內容包括 標題 大綱說明 內容解說

範例: 生質酒精原料的開發--農業廢棄物水解 範例: 生質酒精原料的開發--農業廢棄物水解 原理 目的 實驗結論

生質酒精原料的開發--農業廢棄物水解的原理

生質酒精 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 糖質、澱粉或纖維素為原料經水解及微生物發酵而產出

生質酒精的生質作物 主要組成 生質作物 糖質 甘蔗、甜高粱 澱粉 甘藷、稻米、高梁、玉米、小麥… 纖維素 乾草、玉米桿、木材、稻殼、風領草…

糖質原料 如甘蔗，甜高梁等富含簡單的醣類。 利用糖質原料的莖壓榨成汁後，經酵母菌發酵製成約 13 ~ 17％ 的含水酒精，再經蒸餾將濃度提高到 95％，最後再脫除水分成無水酒精。 巴西或國內臺糖公司未來的工廠，都是以這種方式運作的。

澱粉質原料 如小麥、玉米、木薯、甘藷等其澱粉含量分別約為70~75％、60~70％、25~30％ 和15~20％。 先經前處理步驟使澱粉釋放出來，再經液化、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。 東南亞國家大多以木薯為原料，美國和墨西哥則以玉米為原料。

第一代生質酒精 由糖和澱粉製造酒精的技術屬於第１代的生質酒精，已商業化設廠，所用的生產設備和技術也非常成熟。 但農作物來源和人類或動物的食物相互競爭，有造成糧食短缺的問題。

木質纖維素的來源 木本植物、草本植物、農業廢棄物及森林廢棄物 農業廢棄物:麥桿、稻桿、玉米穗軸與蔗渣(以此為主) 森林廢棄物:廢木材、廢紙

木質纖維素組成 是由纖維素（38 ~ 50％）、半纖維素（23 ~ 32％）及木質素（15 ~ 25％）三者所組成。 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。

第二代生質酒精 以農林廢棄物做為原料生產第２代酒精，更符合經濟效益和環保要求。但目前纖維酒精的發展仍有不少障礙，成本上仍無法和糖質或澱粉質為原料的匹敵。 纖維酒精所遭遇到的最大問題，是如何降低纖維素水解反應的成本和提高分解的反應效率。

纖維素水解的前處理方法 物理方法 物理化學法 化學方法 生物方法

纖維素水解的前處理(一) 物理方法：粉碎物料增加接觸面積，破壞晶體結構，但耗能。 物理化學法:包含高溫熱水或蒸氣處理 蒸氣爆裂法、氨爆裂法和 CO2 爆裂法 主要是利用蒸氣讓原料處於高溫、高壓一段時間後，可使木質素軟化，再瞬間洩壓，纖維素晶體便會爆裂。 蒸氣爆裂法耗能低，但會產生對發酵有害的物質。 氨爆裂法雖不會產生有害物質，但是半纖維素並不會分解，因此須再投入半纖維素分解酵素進行水解。而 CO2 爆裂的效果較差。

纖維素水解的前處理(一) 化學方法： 生物方法:利用菌種分解木質素。 鹼處理法:利用鹼溶液溶解木質素 酸處理法:可使半纖維素水解成單糖 通常是利用腐生真菌，如白腐真菌，把生質原料的木質素移除，這是利用真菌的木質素過氧化酶降解木質素。 其他包括多酚氧化酶、漆酶等也能降解木質素。

前處理步驟說明 傳統上以高溫高壓或酸鹼處理為主，不但耗能而且會產生大量的廢水。 生物處理法是發展的方向。 最好是利用各種分解酵素除去木質素和其他成分，並使纖維素和半纖維素分解為單糖以利發酵。

纖維素水解兩大步驟 將纖維素或半纖維素降解為六碳糖或是五碳糖。 以菌種發酵生成酒精。 主要關鍵技術在於降解的方式及五碳糖發酵的技術。 降解方式可分為酸降解法及高溫酵素水解兩種。 酸降解法：考量後續發酵與廢酸回收。 高溫酵素水解：需顧慮耗能及酵素的選擇性問題。 五碳糖發酵的製程，由於自然界中菌種的酒精產率都不高，因此菌種培育成為熱門研究題材。

乙醇發酵 工業上主要用來發酵產生酒精的微生物是啤酒酵母和革蘭式陰性菌。 這兩種酒精生產菌只能代謝葡萄糖、果糖和蔗糖，無法消化利用半纖維素的分解產物木糖、阿拉伯糖等五碳糖。

   木質纖維素原料轉化酒精程序  C=纖維素，H=半纖維素，L=木質素，P=戊糖，G=葡萄糖  資料來源：王嘉寶，纖維酒精技術發展，植物種苗生技第九期（2007年）

生質酒精原料的開發--農業廢棄物水解的目的 比較不同做生質酒精的原料。 從不同原料中得到糖濃度比較。 找出適合的酸化方法。 找出糖化的最佳條件。

生質酒精原料的開發--農業廢棄物水解的結論 將原料磨碎成細粉狀可以增加水解效率。 濃酸水解速率高，但是pH值，溫度不易控制，且無法大量生產。 稀酸水解之酸性藥劑約1%左右時水解糖產量最多。 水解糖產量在一小時內的差距不明顯，要長時間才會有明顯的增加。 水解溫度越高水解速率越快。 稀酸濃度越高，水解速率越快，但不跟水解糖產量成正比。 水解原料顆粒越小，接觸面積越大，所以水解效率越高。