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能源草種之未來展望

2009/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 238

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■撰文:林哲毅、謝清祥

一花一世界,一草一天堂。而在草的世界中,無奇不有,有高達3公尺的芒草,也有匍匐地面僅1~2公分可做為運動草皮的百慕達草。提起草,或許大家認為是平淡無奇的,其實它對於解決溫室效應、固碳減少二氧化碳排放,能有不小的貢獻。

近年來氣候變遷劇烈,歐美各國思索如何減緩能源的使用,降低溫室氣體的排放,並著手進行碳捕捉與封存(Carbon Capture and Storage, CCS)之研究,但此過程中卻常忽略在我們周遭垂手可得的草類。草類於自然生態演化系統中,是屬於植被建立第一階之物種。至今仍容易以人工方式種植其種子、枝條、分蘗於任何地點,僅需提供少量的肥料及水分,即可建立植被社區,並可經由光合作用,將空氣中的二氧化碳存於體內及土壤中。

習知草種的功能,多是提供牲畜做為養分的來源,或是提供做為休閒草地之用;除上述功能,根據前人之研究可歸納出下列的額外功能:一、防止風沙;二、增加農民收入;三、良好的水土保持作物;四、可增加土壤的肥分及地力;五、可做為逆境土壤改良作物;六、固定二氧化碳;七、供給能源;八、降低地面熱輻射等功效。上述幾項功能,對解決日益嚴重的溫室效應、水土保持及日益流失的土壤皆能貢獻微薄之力。

土壤保持及淨水功效

大部分禾本科植物為具眾多鬚根,約85%的根部集中在地表下30公分內;在砂質地則其主根系可深達1公尺。例如,在加勒比海地區已有利用根系較多的「培地茅」做為綠圍籬,以降低因水流而導致土壤流失之例。亦可使用水耕法種植禾本科植物採植生萃取法(Phytoextraction),利用禾本科根系吸附河水中的有機物氮、磷等成分及有害重金屬,藉此移除水中有害物質,淨化河川水質,達到河川整治的功效,在澳洲已經有部分的河川採用此類的治理方式,在台灣亦有於濕地種植大型禾本科植物以做為淨化水源之用。

防止風沙

由於禾本科之鬚根系可定著地表近30公分的表土,若大量種植,有足夠的高度、密度及厚度,如同圍牆一般,亦可阻擋風沙。環保署近年來在台東縣為整治卑南溪沙塵暴之困擾,在卑南溪出海口裸露河床上,以鋪稻草蓆方式攔截飛砂,再種植海濱植物馬鞍藤定砂,最後栽種牧草、培地茅等植物綠化,以「跳島式植生法」種植,攔砂的效果相當不錯,未來配合海濱植物的栽種,將可有效發揮定砂的作用。

能源供給及固定二氧化碳

在歐美各國,近年來進行研究高生質量(Biomass)的禾本科植物之篩選,如芒草及C4植物,柳枝稷(Switchgrass)等,均被視為極佳的生質能料源之選項。而台灣這一方面的研究能量,只有2年前「畜試所」針對狼尾草進行育種,並選育出能源產出較高的種源進行培育。

德國學者Dr.Lewandowski等人,曾經在1995年進行過以芒草及煤炭做為二氧化碳減量之比較,每英畝可以產生乾重(已經除去生質之水之後的重量)20公噸的乾芒草,等於12公噸的煤炭所產生之能源;而從煤炭所產生的每百萬焦耳(Megajoule)所衍生的二氧化碳約為96.6g,而由乾芒草轉換能源卻只排放9g,就可提供相同的能源,亦即可降低90%的二氧化碳排放。

由此,可利用台灣山坡地多及休耕地面積廣,且部分地區芒草、天竺草等高纖維禾本科植物覆蓋率高,若能有效的篩選、栽培利用,定能對台灣自足能源與固定二氧化碳做出貢獻。

減緩熱輻射

由於城市人口集中,工業發達,交通壅塞且城市中的建築大多為混凝土建成,其熱傳導率和熱容量都很高。若因缺乏綠色植物,加上建築物本身對風的阻擋或減弱作用,則易導致城市之平均溫度比郊區高,而形成城市熱島效應。

熱島效應會降低晝夜溫差,並連帶影響許多其他的氣候現象。而原本的植被,更因人為的開發而減少,無法利用植物葉面在水汽蒸散過程,使得地表及近地面大氣得以冷卻降溫,導致城市平均溫度皆比郊區高。故都市建築物需要使用較高空調費以冷卻室內溫度。正因如此,空調設備所排放出的熱氣或溫室氣體將加劇。而芝加哥市政府,在前幾年已經將市政府大樓頂樓,鋪設草本植物做為綠屋頂,降低建築物溫度,證明如此可減少建築物使用空調能源的消耗,每年節省大約10%的能源耗損。

閒置土地管理

為因應台灣加入WTO,部分農戶之可用耕地現皆休耕,並領取政府休耕補助,每公頃補助新台幣45,000元,每年亦造成國庫沉重的支出。再者,土石流危險區域植林復育難度高,且需要較長的時間才能將根系定著於土壤;若使用高纖維草種,其成長快速,根系於3個月內可深入土壤,即可做為水土保持之用。利用邊際土地或畸零地種植能源草種,亦可以淨化空氣,達到一石二鳥的國土管理。

可相對應之能源轉換技術

以第一代生質能源而言,每種能源作物皆有其相對應的能源轉化技術,例如油源作物其油質轉換成為生質柴油,醣質作物轉換為生質酒精,而其農業廢棄物再做為燃燒熱能的來源。以高纖作物為主的第二代生質能源,如稻稈或是玉米稈等農業廢棄物料源選項,因歧異度較高,在進行能源轉換時需要調整參數,成本會增加。若大規模使用同種類的能源草種,將可降低操作成本。能源草種可應用在纖維轉酒精、纖維裂解油、汽化產酒精、燃燒發電等替代能源產生技術,故可篩選一優良的草種,進行推廣種植。

具能源潛力之作物特性

具有能源潛力可以開發的能源草類,須考量植株體內水分含量少,可大規模種植及機械採收,可省工培養(低水分、低肥分需求、省人力),能源轉換率高,成長快速等特性。而現有的大型禾本科草種,如狼尾草、芒草及蘆葦等大型禾本科植物,符合上述能源草種開發特性。目前國外皆已投入大量研究經費進行研究,此趨勢值得我國未來進行研究探討,並期能提升台灣自主能源之比率及對固定二氧化碳及減低溫室效應、熱島效應等做出貢獻,讓我們的地球更美麗。(作者為國立屏東科技大學熱帶農業暨國際合作研究所博士生、教授)


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