2016年5月26日 星期四

生質燃油新趨勢:甘蔗煉油比大豆更友善環境

生質燃油新趨勢:甘蔗煉油比大豆更友善環境

編譯 林韋佑編輯 柴幗馨

520新任總統就職演說中,蔡英文表示再生能源計劃將是未來的重點發展項目之一。而生質能源是再生能源的選擇之一,主要作為煉油材料的作物包含大豆、甘蔗、或是其他農業廢棄物,例如稻稈等。究竟什麼才是具有高轉換效率,又能兼顧環境永續的能源作物?科學家已經找到答案了!


石油是人類生活中不可或缺的重要能源,但世界上的石油存量非常有限,非可再生的能源。而美國作為全世界石油消耗量最大的國家,在2007年即開始推廣可再生能源,以人類飲食中重要的蛋白質來源-大豆-作為主要生產生質能源的植物油。

然而,每一畝的大豆田僅能生產約119.24公升(1桶)的油;依這樣的生產速度,根本無法供給人們對石油的需求。新的研究發現,若以工業製成的方式將甘蔗的糖轉化為生質燃油,每一畝甘蔗田將可生產17桶的油。換言之,利用甘蔗來提煉生質能源比大豆的效果來得更好。



圖說:研究人員用工程的方式將甘蔗的糖提煉為油,作為新的和永續的生質能源來源。

為了解決石油能源短缺的問題,美國能源部高級能源研究計劃署(ARPA-E)在石油計畫項目中邀請有志者加入研發團隊,發展高風險、高報酬的新燃料研發項目。最後由伊利諾大學的研究團隊勝出,成功將甘蔗轉換成大量的石油。近來的研究成果展現了這項技術的經濟效益相對之下比起大豆提煉生質油來得高。


該項目的主要研究者,作物科學家Stephen表示:「我們應該要回到規劃生產生質能源的起點,避免再犯過去發展生質能源同樣的錯誤。除了作物的生產力需要非常好之外,還不能是人類主要的糧食作物,於是蔗糖和高粱這兩項作物就浮現在我們的腦海。」



增加甘蔗植株產油量,是這項計畫成功的關鍵。甘蔗植株本身只有0.05%是油,而研究團隊將甘蔗的代謝物轉化成脂質或油等,作為生質柴油的原料。一年後,團隊便將甘蔗生產油量提高至20倍,讓甘蔗植株產油量逼近1%。

而在撰稿同時,所謂的「甘蔗石油」植株已經誕生!這種高油產量的甘蔗,有高達12%的產油量,不僅如此,團隊最終的目標是將產量提升到20%。為提煉石油而育成的甘蔗,在團隊透過工業的方式改造後具有其他的優點,包括增加甘蔗的耐寒性和更有效的進行光合作用,進而增加更多生物生產量,以製程更多的油。

「像這樣的作物能以非常具有競爭力的價格生產生質柴油,可能代表一個永續的產油源並且很明顯能減少溫室氣體的排放。」



在團隊的研究過程中,他們從土地的面積、技術以及各種石油生產的情況下,估算和比較加工改良後的不同甘蔗植株(可提煉2%的油到20%)和可被用作生產乙醇的一般蔗糖和大豆,作為生質柴油的成本費用。

經改良後的甘蔗植株之優勢在於它在植株內剩下的糖可以轉換成為乙醇,提供除了生質能源外的另一種燃料的資源。

「我們向巴西的甘蔗廠取經,學習甘蔗生質能的知識、生產成本和煉油製作過程。再參考美國的玉米乙醇工業,以及他們如何從玉米中提煉油。我們所用的資源都是現在有的技術,因此給了我們很多的評估的安全性考量。」


研究團隊發現,將改良後的甘蔗植株(莖桿有20%的油),栽種在美國東南部低度利用的田區,則能取代美國目前三分之二以上的柴油和航空燃油。

改良後的高油含量甘蔗,種在不適合生產糧食作物的田區,就能增加農地利用效率。此外,就算在畸零地上栽培,也能夠達到和大豆、油菜相同的產量。而即使甘蔗田全部都作為生質燃料使用,改良後的甘蔗仍能比大豆提供更多的生質燃料源,更重要的是,它不會影響糧食作物的產量。

目前從大豆生產的生質柴油每一加侖是4.10美元(等同於每公升1.08美元,約台幣35元)。使用改良後的甘蔗替代,在植株可生產2%的油時,成本為每加侖3.3美元(每公升台幣27.89元);植株可生產20%的油時,則可降至每加侖2.2美元(每公升台幣18.6元)。與生質酒精混合後,將可更有效的降低生產成本。

註:1加侖近似於3.7854公升


雖然每加侖的汽油降至2.2美元,與當前美國的汽油價格相較之下省下的錢並不算多,但石油並不是永遠用不完的。當未來石油的價格不再低於每加侖1.5美元的時候,勢必得有新的替代方案。為了避免未來美國得仰賴其他國家供給石油,研究團隊呼籲消費者和政客得從更長遠的角度看這件事,他們很開心能夠擁有國家的資源,做出這樣的研究成果,也因此他們能確保給予未來的世代可再生能源的供應需求。


資料來源: 每日科學 Mar 17, 2016 Biodiesel from sugarcane more economical than soybean