藻类生质燃料，能源危机的解决方案？

随着人类文明进步、日新月异的科技发展，却也伴随着可观的资源消耗，如何永续发展已成为全球当前的重要课题。为了降低排放大量温室气体的化石燃料使用量、增加能源供应多元化，无论是替代能源、再生能源或是绿色科技，皆是为了减缓环境气候变迁，避免陷入能源危机的策略。

其中，生质燃料（biofuel）属于再生能源中相当重要的一项，将生物质（包括有机活体及其代谢产物）转化为可利用、具有能量的物质，称之为生质燃料。甚至像牛粪、厨余、稻草、麦梗等废料，只要是可被生物分解的，几乎都能拿来作为原料生产。目前最广泛应用且已商业化的生质燃料类型，为利用植物油及动物脂肪进行酯交换反应（transesterification）所制成的“生质柴油”（biodiesel），以及利用糖类及淀粉进行发酵的“生质乙醇”。

环保的迷思：真的有完美的替代能源吗?

然而，想快速且大量地生产生质燃料，势必得增加作为原料的农作物产量，为了避免影响粮食供应，开垦新农地遂成为最有效率的选择。许多荒地、林地也因此被改变为农地。但这不仅破坏生态，无形中也增加了碳排放量，而且制造、运输等过程中也同样消耗许多资源。所以，生质燃料真的能够取代化石燃料，又能兼顾环保吗？

根据上述问题，人们开始慎选生产原料，例如可以生长于荒地上的桐油树、厨余里的废弃食用油、利用纤维素来生产乙醇等等。可是不管哪个项目，都有各自要面临的问题，没有完美的选择，无论是供应量、技术层面或生产成本，要开发一个稳定、产量足够、成本低廉的生质燃料，简直难如登天。

替代能源新希望──藻类的优势与挑战

近年来，使用藻类来生产生质燃料是相当热门的研究方向。相较于原本用来提炼生质燃料的玉米、黄豆、油菜籽、甘蔗等作物，藻类拥有许多优势，既不会占用可耕地，水资源用量也少，更不会消耗原本可以当作粮食的作物，而且生长速度极快，过程中亦会吸收自然界的二氧化碳，达到减碳效果，可说对环境十分友善。

用来生产生质燃料的藻类，大多使用微藻（microalgae）居多，因为微藻的含油脂量较高。由于其构造简单、生长快速，占地小且水资源耗用低，产油效率远高于桐油树、油棕树及椰子等作物，性价比（CP 值）相当高。其生产原理为：将微藻中之油脂借由甲醇的酯化催化作用，产生甘油及生质柴油原料，剩余的碳水化合物则可以经由发酵制成生质酒精。

但目前以藻类生产生质燃料的成本依旧高昂，在生产过程中所需投入的能源也不容小觑。而经过基因改造的藻类，产油量虽然较高，却得小心预防它们混入自然界，造成生态失衡。再者，养殖的方式也须慎选，开放式的培养多在室外水池或水道中养殖，虽然建造成本较低，却容易受外在微生物污染造成减产，环境控制上也较不理想。而密闭式的光反应器则需要投入许多资源于其中，可以掌握各种环境因子，提供藻类绝佳的生长环境，然这些优势都反映在建造与生产成本上。此外，培养出大量藻类后，后续的收集、转化都是一大学问，无论是常见的过滤法或离心法，皆须耗费许多能量。最后要将其转化为可用燃料，更是技术上的考验，目前的热化学转化法或微生物发酵都还有进步空间。

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运用藻类生产生质燃料，拥有下列优势：

不与民争粮，也不与粮争地。
生长快速、产量高。
具有其他高经济价值副产品，如 EPA、DHA 等脂肪酸。

值得注意的是，即使藻类生质燃料具有降低二氧化碳排放的效果，且能被生物降解，不会占用原有农地，所需水资源亦非常少，相对于其他燃料对环境影响较低，仍有许多制程问题需进一步探究，才能确保绿色技术创新的同时，真正能兼顾永续发展。

还有提炼过程的成本也是当前的重要课题，至少要与国际原油价格打平，才能提生藻类生质燃料的竞争力。所以，如何量产并提高单位面积的藻类产油量？如何更有效地且低成本地提炼出可用燃料？是目前藻类生质燃料的两大课题。

2017 年 7 月，全球能源业巨头艾克森美孚（Exxon Mobil）向市场发表一项革新技术，能将藻类内部的燃油含量自 20% 提升至 40%，提升的幅度高达一倍多，为全球生质能源进程贡献了一大步。Synthetic Genomics 与 Exxon Mobil 两家公司更携手合作，目标在 2025 年以具竞争力的价格，量产藻类生质燃料，并以基因改造的藻类，每日生产超过 10,000 桶生质柴油或航空燃油。

而究竟藻类燃油产业是否真能如他们所说，在未来 10 年内达到目标呢？相信借由藻类惊人的生长速度，以及不断进步的生物科技，藻类生质燃料的确是令人期待的明日之星，具有成为主要替代能源的潜力，可望为全球暖化及能源危机，提供两全其美的解决方法。

文 / Biker

延伸阅读：环境会影响基因！环保义不容辞

参考资料：
1.Exxon-partnered biotech group confident of boom in algae fuel.《Financial Times》
2.https://www.greentechmedia.com/articles/read/lessons-from-the-great-algae-biofuel-bubble#gs.J7CgV1g
3.Yang, J., et al. Life-cycle analysis on biodiesel production from microalgae: Water footprint and nutrients balance. Bioresources Technology. 2010, 10: 1016.
4.Schlarb-Ridley B., et al. A UK Roadmap for Algal Technologies. Algal Bioenergy Special Interest Group (AB-SIG) Roadmapping Workshops, UK, 2013.

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