永续能源--微藻产油

永續能源--微藻產油吳院長文騰國立成功大學工學院98年2月22日週日閱讀科學大師目錄壹、永續能源貳、臺灣及國際上能源之使用現況參、永續能源之重要性肆、生質油伍、微藻之培養陸、微藻之利用柒、結語壹、永續能源(1/3)依據永續能源政策綱領，永續能源發展應兼顧“能源安全”、”經濟發展“與”環境保護”。壹、永續能源(2/3)•永續能源基本上是再生能源：再生能源包含太陽能(太陽熱能、太陽電池)、風能、生質能、水力及海洋能，地質能、氫能及燃料電池。壹、永續能源(3/3)•永續能源政策的推動目標：積極發展再生能源，於2025年占發電系統的8%。貳、臺灣及國際上能源之使用現況(1/5)2007年台灣能源之供應結構32.120.288.110.297.970.030.0751.140102030405060煤炭石油自產天然氣進口液化天然氣慣常水力發電核能發電太陽光電及風力發電太陽熱能佔比(%)貳、臺灣及國際上能源之使用現況(2/5)2007年台灣之發電量結構3.46.218.416.70.200.21.253.60102030405060水力發電燃煤燃油燃氣核能發電風力發電太陽光電生質能癈棄物能佔比(%)貳、臺灣及國際上能源之使用現況(3/5)台灣汽、柴油之消費量(2007)汽油1000萬噸/年柴油460萬噸/年能源消費量(2007)能源與工業部門60.41%運輸13.14%住宅11.21%服務業10.06%農業0.89%貳、臺灣及國際上能源之使用現況(4/5)2005年統計種類國別消費量石油美國944.6百萬公噸中國327.3百萬公噸曰本244.2百萬公噸俄國130.0百萬公噸德國121.5百萬公噸煤中國1082百萬公噸油當量美國575百萬公噸油當量印度213百萬公噸油當量曰本121百萬公噸油當量俄國116百萬公噸油當量貳、臺灣及國際上能源之使用現況(5/5)各國能源供應結構(2005年)種類國別石油煤天然氣核能其他美國40.7%23.5%22.1%9.1%4.5%日本47.8%21.7%13.2%13.8%3.4%韓國47.6%23.5%11.9%16.0%1.03%台灣44.0%35.9%8.5%9.9%1.7%中國19.2%60.3%2.5%0.8%17.3%參、永續能源之重要(1/6)國際上主要先進國家之能源供應情況與台灣之情況類似。石油、煤、天然氣及核能等化石燃料所提供的能源均佔90%以上。台灣能源依賴進口的程度相當高。參、永續能源之重要性(2/6)BritishPetroleum(BP)世界能源統計---20062005年統計種類蘊藏量可開採年限日產石油1.2007兆桶40.6年8109萬桶天然氣179.8兆m365.1年2.76兆m3煤9090.6億公噸油當量155年28.87億公噸油當量鈾474.3萬公噸114年4.16萬公噸參、永續能源之重要性(3/6)•二氧化碳之排放：2007年台灣二氧化碳的排放量為261.3百萬公噸，約佔世界1%(每人每年均11.8萬噸)，全世界排名第21位。參、永續能源之重要性(4/6)198019902000201020200100200300400500600Carbondioxideemission(millionton)YearPredictedbyMarkalModelwithnocarbondioxidereductionstrategy2301162007年,261.3參、永續能源之重要性(5/6)•臺灣二氧化碳排放量之政策目標：於2016年至2020年間回到2008年排放量。於2025年回到2000年排放量。參、永續能源之重要性(6/6)•歐盟之能源政策：在2020年(i)二氧化碳的排放量比1990年少20%(ii)再生能源佔總能源使用量20%(iii)減少化石能源使用量20%肆、生質油•永續能源：太陽能(太陽熱能、太陽電池)、風能、生質能、水力及海洋能、地質能、氫能及燃料電池等。肆、生質能•生質酒精、生質柴油、沼氣、裂解油、丁醇、氫氣等。肆、生質油-油脂來源(1/16)•油菜油菜花田油菜花兒肆、生質油-油脂來源(2/16)•油菜適合低溫之秋天種植。•每公頃每年約可收成2.5公噸油菜子，約有1.1公噸之油。肆、生質油-油脂來源(3/16)•大豆肆、生質油-油脂來源(4/16)•大豆栽培容易且可機械採收•生育期約100天•油之年產量約為0.45噸/公頃肆、生質油-油脂來源(5/16)•向日葵向日葵花田向日葵提煉油肆、生質油-油脂來源(6/16)•向日葵適合機械採收。•向日葵子含油量高。每期作約可收油1公噸/公頃。肆、生質油-油脂來源(7/16)•油棕櫚肆、生質油-油脂來源(8/16)•油桐花油桐油桐花油桐果榨油肆、生質油-油脂來源(9/16)•麻瘋樹痲瘋樹痲瘋樹果實肆、生質油-油脂來源(10/16)•麻瘋樹之種植可利用不良土地或廢耕地。•無法機械採收，人工需求大。肆、生質油-油脂來源(11/16)蓖麻蓖麻蓖麻子肆、生質油-油脂來源(12/16)•蓖麻屬多年生草本植物•蓖麻易栽植，蓖麻子有毒•種植半年就開始結果，收成期約10年；2公斤的種子約可生產1公斤的油肆、生質油-油脂來源(13/16)•椰子肆、生質油-油脂來源(14/16)•植物之油脂產量農作物油產量(公升/每公頃)蓖麻1413油菜1190向日葵952大豆446椰子2689棕櫚5950肆、生質油-油脂來源(15/16)•藻類：海藻、微藻巨型藻螺旋藻紅藻綠藻肆、生質油-油脂來源(16/16)•微藻油產量藻種含油量(%乾藻重)年產量：油含量30%58700公升/每公頃油含量70%136900公升/每公頃伍、微藻之培養•生長快速•佔地面積少•操作培養容易•油脂含量高•品質穩定•具附加高單價化合物伍、微藻之培養環境因子影響微藻生長CO2微藻碳水化合物葡萄糖澱粉油脂纖維素氮源光強度溫度鹽度伍、藻類之培養培養營養源對微藻生長之影響012345670.00.51.01.52.02.50.000.050.100.150.200.250.300.35生物量(克/每升)時間(天)氮源濃度(克/每升)0.025g/L0.050g/L0.100g/L0.150g/L0.300g/L伍、藻類之培養培養營養源對微藻產油之影響0.000.050.100.150.200.250.300.350.200.250.300.350.400.450.500.550.600.65產油量(克/每升)氮源濃度(克/每升)伍、微藻之培養•開放式培養–跑道式、淺池培養跑道式培養淺池培養伍、微藻之培養•開放式培養–圓型池、大槽型圓型池大槽型伍、微藻之培養•密閉式培養–管式直型管培養螺旋管培養戶外圓柱管培養伍、微藻之培養•密閉式培養–平板式戶外平板式培養伍、微藻之培養•密閉式培養–帶狀式培養伍、微藻之培養TypicalOpentankNovelphotobioreactorTransparentRectangularChamber(TRC)IdIaAirLTIdIaAirLTLightScatteringIntensityTLcITLbaIIaaSLISL:LightscatteringintensityIa:LightintensityinsideTRCW:Width,L:LengthAT:Surfaceareaoftopa=0.304,b=-14.992,c=-0.497,R2=0.987Lambert-Beer’sLaw:I=I0exp[-(κxΧ+κw)Z]LightDistributioninbroth伍、微藻之培養20304050607080901000.240.250.260.270.280.290.300.310.320.33ProductivityofBiomass(g/Ld)Averageirradianceintensity(molephotonm-2s-1)BiomassProductivityComparisonofbiomassproductivityofN.oculataatdifferentaverageirradianceintensityinopentankwith5cm-TRCs(■),10cm-TRCs(●)and20cm-TRCs(▲).Theirradianceintensitywas660μmolephotonm-2s-1andthetemperatureat38℃.伍、微藻之培養0123456780.00.20.40.60.81.01.20.000.020.040.060.080.100.20.30.40.50.6Biomassconcentration(gL-1)Time(day)Ureaconcentration(gL-1)Lipidcontent(gg-1)TimecoursesofbiomassandureaconsumptionforN.oculatainsemi-continuousmode.(■)isthebiomassconcentrationand(□)istheureaconcentration.Thebarchartisthelipidcontent.0.060.080.100.12Lipidproductivity(gd-1L-1)BatchSemicontinuousLipidproductivityincrease37.6%inthesemi-continuoussystem陸、微藻之利用--微藻收集•快速沉澱•分離容易陸、微藻之利用--藻油萃取•榨油機•溶液萃取•超臨界流體萃取陸、微藻之利用--生質柴油Reference(DCW)Directreaction(WCW)Hexanepretreated(WCW)BiodieselConversion20%5.0%10.7%Relativevalue100.0%25.0%53.5%Reactants：(1)wetcellweightofN.oculata≒0.75g(DCW≒0.15g)(2)2ml1.0MHCl/Methanol*(3)directorhexanepretreatedReactionTemp：70℃，Reactiontime：12hours陸、微藻之利用--還原糖-葡萄糖•MicroalgalcellwallCelluloseisthemajorcomponentofmicroalgalcellwallFunctions:protection,maintenanceThemajorcomponentsofcellwallindifferentalgae陸、微藻之利用--酵素水解Time(hr)020406080Reducingsugarconcentration(g/L)1.01.52.02.53.03.54.04.5Hydrolysisyield(%)010203040506070ConcentrationofreducingsugarHydrolysisyield..(%)concsugartotalconcsugarreducingyieldHydrolysis•Reactionconditions:Workingvolume:20mLBiomassconc.：20g/LTemperature：50oCTotalsugarinmicroalgae:26%(w/w)hydrolysis陸、微藻之利用--脂肪酸分佈0.0250.0500.1000.1500.300C14:02.3C16:035.932.326.723.219.5C18:07.17.49.07.25.5C18:129.132.537.537.326.4C18:214.315.417.320.526.3C18:35.24.43.13.64.2others8.38.06.48.215.8願景柒、結語台灣天然資源缺乏，地小人稠，風能、太陽能、生質能等之資源有限。能源的問題，唯有依靠產業之營運及堅強的自有能源科技。加強能源科技研發，是必需的重要工作。藻類