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Bioenergy
 
引言 友善列印

生物質量(biomass)顧名思義是指各種有機體的整體質量,亦即太陽能經由光合作用以化學能的形式貯存於生物體中的一種能量形式。因為燃燒生物物質可釋放出熱能,甚至將這些熱能用以推動發電產生電力,所以這些貯存於動植物或動物代謝物的化學能量,我們稱之為生質能源。

生質能源 (biomass energy) 是一種重要的再生能源,與風能、太陽能、地熱等一樣具有取之不盡、用之不竭的特性。與其他新能源比較,生質能因使用材料多為廢棄物,故兼具廢棄物的回收處理與能源生產的雙重效益。另外,使用生質能源可以減少溫室氣體的排放,而且使能源供給多樣化,同時能夠提供鄉村新的財源。生物質之應用可以明確的以生質能源技術 (bioenergy technology)之開發來說明。而生質能源技術包括兩大發展方向,即:(1)生質燃料 (biofuels),亦即將生物質轉變為燃料,如乙醇、丁醇、生物柴油或 methyl tertiary butyl ether (MTBE) 與 ethyl tertiary butyl ether (ETBE)等,主要應用於交通運輸用燃油之取代物;(2)生質電能 (biopower),包括直接燃燒生物質來產生氫氣、一氧化碳與甲烷混合物,再配合氣體渦輪 (gas turbine) 來產生電能,或是將生物質以醱酵技術轉換成氣體燃料(如氫氣或甲烷)或醇類燃料,再配合燃料電池 (fuel cells) 之發展以應用於電力之生產。

生質能源技術事實上包含了跨領域之技術整合,其中有應用現代生物技術所發展出之基因轉殖(genetic cloning,主要是創造出特殊的微生物來協助生物質之轉化)、醱酵控制(乃為高效率與自動化的醱酵程序控制,以充分轉化生物質成為有用物質)與生物觸媒技術(biocatalysis),乃利用生化催化劑(如cellulase, amylase, lignin peroxidase等)來取代化學催化劑以進行生物質之前處理或轉化,而達成環保、高效率與節能之功能)等。很多情況下亦必須配合熱裂解之生物質處理或生質精煉程序 (biorefinery) 來模仿石油化學之精煉程序,以達成不同的生物質成份之轉化與純化,如此才能充分達成不同成份之可利用性的目標;透過生質精煉程序,甚至可以提供生物質轉化過程所需要的電能與熱能,而無須仰賴石化資源來供應所需能源。

隨著科技的進步,除了燃燒生物體以獲得其能量外,目前已可以運用不同的方法,例如:氣化或是厭氧分解,來釋放此生質能。然而,由於全球的能源危機與環保意識的抬頭,使得生物能量的議題備受矚目,如何更有效率的捕捉太陽能,甚至更有效、更環保的轉化過程及釋能步驟,將會是下一世紀全球性的重要課題。

實例
以微藻生產氫氣作為再生能源 — 海洋大學水產養殖系陳衍昌師生的藻類研究與在綠色能源上的應用。對於藻類產氫的的生化路徑有詳細的解說。

Fuel Cell Car Kit — 燃料電池小汽車玩具組,利用光能電解水產生氫氣,再利用氫氣產生動能以推動小汽車的組合玩具。

"Pour me a drink!" said the Cell Phone — 好喝酒的手機!利用酒精發電的手機系統。簡單闡述生物燃料電池用在小型家電的優缺點、作用與挑戰性。

Mississippi Biodiesel Feasibility Study — Mississippi生質柴油的工業與市場分析。還包括當地廚餘的成份分析報告與產能潛力。
你知道什麼是E85燃料嗎? 你的車可以用E85燃料嗎?
Making Ethanol Fuel — 自己做酒精燃料。
Making Your Own Backyard Ethanol — 在家自己做酒精燃料。
從農業廢棄物米糠生產生質柴油的研究 ── 台灣科技大學碩士論文(能源教育資訊網學術論文)
Video for Biodiesel Processing Technology ── 美國愛達荷大學試驗工廠生產生質柴油過程的影片
國內實例
醱酵生產高濃度酒精或乳酸產物;利用農業副產物經酵素與熱擠壓轉化,配合醱酵程序生產出高分子聚合物或是配合可分解性聚酯(含乳酸聚合物)來生產可堆肥分解之塑膠原料 ── 大同大學生物工程系。
厭氣生物產氫──化工,第54卷第1期,pp. 69-106 (2007)
書籍
“綠色化學與化工”,五南圖書出版公司 — 閔恩澤、吳巍,“綠色化學與化工”,五南圖書出版公司,2007 New(2008.10.2)
Biomass and Bioenergy.Electronical Journal. — 電子期刊。
Renewable Biological Systems for Alternative Sustainable Energy Production. — 網路上完整整理的電子資料。
Energy Story — 小朋友的能源圖書。
Mother's Alcohol Fuel Seminar
The Biodiesel Hand Book — The Biodiesel Handbook summarizes the legislative, chemical, and engineering issues that surround biodiesel and presents new data and technical information. The most up-to-date resource on biodiesel available, this book covers legislative and regulatory efforts around the world, the history of vegetable oil-based diesel fuels, the basic concept of the diesel engine, and glycerol, a valuable byproduct of biodiesel production.
Review Articles
Synergies between Bio- and Oil Refineries for the Production of Fuels from Biomass — Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7184 – 7201. 本篇回顧論文製造 biofuels 所用之化學、催化劑與面臨之挑戰。
Koonin SE. (2006) Getting Serious about Biofuels. Science 311(5760):435.— 2006年最急迫的號召:正視生物燃料。
Knight, Bruce; Westwood, Adam. (2004) World Biomass Review: Biomass as a Global Power source. Refocus 5(6):42-44.

Rosillo-Calle, Frank; Cortez, Luis A. B. (1998)Towards ProAlcool II--a review of the Brazilian Bioethanol Programme. Biomass & Bioenergy14(2): 115-124. — 巴西的汽油與酒精市場變化

Power Surge for Lab Chemical & Engineering News. 2006, Aug. 13-17. Energy crisis and presidential initiative bring new visibility to decades of research at 30-year-old National Renewable Energy Laboratory.

Hydrogen Energy — National renewable energy lab. (NREL) 2007/1/15 網站文章。Hydrogen can be separated from hydrocarbons through the application of heat - a process known as reforming. Currently, most hydrogen is made this way from natural gas. Some algae and bacteria, using sunlight as their energy source, even give off hydrogen under certain conditions.

An Overview of Biodiesel and Petroleum Diesel Life Cycles — NREL網站文章NREL/TP-580-24772.

以生技產製生物燃料 — 科學發展 2006, 11月, 407期, 53-57.

Synthesis of biodiesel via acid catalysis, Ind. Eng. Chem. Res.44(2005)5353 — by J. G. Goodwin, Jr. and co-workers.

Transesterification of vegitable oil to biodiesel using heterogeneous base catalyst, Catalysis Today, 93-95 (2004) 315. — by K.-Y. Lee and co-workers.

Preparation of biodiesel fro soybean oil using supercritical methanol and co-solvent, fuel, 84 (2005) 347 — by J. Zhang and co-workers.

EPA (of USA) document of biodiesel.

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生質能源:香菇酵素製造生質燃料 一 分解腐木和枯葉的香菇也要加入生產生質燃料的行列了!將木頭變成葡萄糖的理想,就指望這次。New(2009.4.2)
生質能源: 微藻類固碳工程 一 除了健康食品的螺旋藻、駭人的藻毒,藻類還有甚麼驚人的壯舉呢? 科學發展月刊98年1月的專題報導:生質能源,從「微藻類固碳工程 」、「海藻的利用與養殖 」、「生質酒精 」、「新能源-生物產丁醇 」、「生質氫能」與「微藻-綠色生質能源」,讓我們一起期待藻類的另外一片天! New(2009.1.15)

How Green Are Biofuels? 一 2008年一月份Science雜誌上刊登的文章,描述最新評量biofuel的研究結果;此評量兼顧環境衝擊與溫室效應減量,而非僅著墨於溫室效應。

追求永續從認識生質能源開始 一 劉廣定教授於2007年4月刊登在科學月刊之文章。 
Growing Energy: Report from NRDC 一 是一篇近百頁的文章,說明生質能源將會如何幫助美國對石油的依賴以渡過石油不足2050危機。
Bring the Biofuels to the Pump: Report from NRDC 一 另外一篇NRDC的報告,延伸上一主題說明從農場植物到生質柴油是解決石油危機的最適當方法。
Thomas A. Milne, Carolyn C. Elam and Robert J. Evans Hydrogen from Biomass: State of the Art and Research Challenges. , National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO. This report of the International Energy Agency Hydrogen Program reviews primarily thermal production routes of biomass to hydrogen including, gasification, pyrolysis, partial oxidation and supercritical conversion. It also discusses conversion of storable intermediates like pyrolysis oils, methanol, ethanol and methane.
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News

黑金的新一代供應商--微生物 Eyeing Oil, Synthetic Biologists Mine Microbes for Black Gold 一 Science 2008, 332, 522-523. Science 雜誌報導利用微生物來生產燃料的發展現況。New(2008.11.5)

 
Databases/Expert System
Handbook of Energy Crops 一 By James A. Duke. The Handbook provides discussion and presentation of available information such as: nomenclature, uses, folk medicine, chemical composition, botanical description, germplasm, distribution, ecology, cultivation, harvesting, yields and economics, energy, biotic factors, and key references. The technologist, attempting to identify plant species that merit further attention or show promise for satisfying specific fuels, chemicals, and materials needs, should find this an invaluable reference source. 你知道大豆(Glycine max)的氨基酸成分最多的不是glycine嗎?一些能源作物的資料,包括命名、名俗療法、成分等,都可以在此找到。
Biomass fuels have been extensively analysed using combustion and gasification experiments, as well as an indication of the feedstock's suitability for ethanol production.CSIRO Database contains the results of analysis, including:
  • Proximate and ultimate analysis
  • Calorific calue
  • Ash elemental analysis
  • Ash melting temperatures
  • Sample fouling and corrosion propensity
  • Gasification characteristics
  • Assessment of liquid fuel production

生物燃料的燃燒與氣化分析資料。

Phyllis is a database, containing information on the composition of biomass and waste. Phyllis enables you to make analysis data of individual biomass or waste materials available and offers you the possibility to obtain the average composition of any combination of groups and/or subgroups. 生物物質及生物廢棄物燃燒後之成分分析資料庫。
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演講之Powerpoint檔案/ Summer School之資料
生質能在綠色科學之應用 — 2007年台東大學綠色科學與奈米技術研討會中的演講稿。
生質柴油 — 2007年台東大學綠色科學與奈米技術研討會中的演講稿。

The Supercritical Fluid Technology for Production of Biodiesel 一 介紹1-step 和2-step 生產生質柴油的製程

台灣環保署在綠色能源和環境保護角色和工作

California Biomass Collaborative: Sustainable Management and Development of Biomass in California 一 除了歷屆的(2004~)會議流程外,還有不少演講者講稿的pdf檔案提供參考。
Seminar of Energy and Environmental Impacts Related to Sustainability. January 4-6, 2006. Rathbone 1052, KansasStateUniversity 一 有一系列的演講powerpoint檔案。
Biofuels and Bioelectricity -A Network of Excellence Providing the Future Energy Supply of Europe.
Biomass Energy by Stephen Lawrence. 一 資料來自’ Assessing Sustainable Energy Technologies’的課程之一。
Pacific Islands Biomass Energy Resource Assessment Training Cours
重要網站
美國再生能源實驗室 (National Renewable Energy Laboratory, NREL) 一 介紹相當多生質能源之研究計畫,同時亦有影片介紹由生物質轉化為生質能源之過程。
美國能源部(U.S. Department of Energy)網站 一 列出美國政府因應能源危機所提出的利用生質能之計畫。
再生能源資訊網站 一 有相當多生物質之介紹與相關研究。
歐洲能源作物網站(European Energy Crops Inter Network Web Site) 一 歐洲為目前環保意識最為積極的地區,此網站對於歐洲的生質能源方面的研究有充分的介紹。
歐盟再生能源計畫
歐盟生質能源計畫

環境技術資訊網 一 可以找到台灣biodiesel相關訊息

Alternative Fuels Data Center (U. S. Department of Energy) – Biodiesel

OSU Biodiesel Initiative 一 可以連結至到其他biodiesel網站.

Biodiesel Magazine and Biofuels Journal 一 提供biodiesel相關訊息

Awards
R&D 100 Awards, Discover Awards, Energy 100 Awards.
Conferences
2008生化科技產業領航∼生化工程產業新契機 一 中華生化工程協會主辦 New(2008.10.2)

29th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals: April 29 - May 2, 2007, Denver Adams Mark Hotel, Denver, CO。 New(2008.10.2)

2006國內生質燃料及能源作物研究與應用研討會 一 中華生質能源會,工業技術研究院主辦。 New(2008.10.2)

Biodiesel Technology Workshop

2007 Biodiesel Expo (UK)

National Biodiesel Conference & Expo 2007 (US)

2006國內生質燃料及能源作物研究與應用研討會,中華生質能源會,工業技術研究院主辦。
Scholarship/ Summer School
ConnecticutCollege: Greenhouse Gas Emissions Inventory
TWRI Mills Scholarship Program.
課程Syllabus
Training Course on Renewable Energy for Eastern European and South Mediterranean countries: Solar Thermal and Biomass/ Biogas
Pacific Islands Biomass Energy Resource Assessment Training Course
Renewable Energy Technology, Advanced Course.
Government
National Renewable Energy Laboratory — 美國再生能源實驗室網站,其計畫中包含生化程序的轉化及生物性能源的利用。