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「微」小世界的無限潛能 台電公司在微藻減碳技術的發展

2008/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 337

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▓撰文:陳曉薇、陳茂景
▓圖片提供:台電公司綜合研究所

溫室氣體所造成氣候變遷及對於人類及自然系統的威脅,是一項全球性的問題,也被認定為是未來數十年間,國家、政府、企業及民眾所要面臨的一項最大挑戰,各國政府、企業等紛紛採取積極行動,包括技術、經驗、資源等分享與交換,以期減少溫室氣體的排放,進而降低全球氣候變遷之威脅。

溫室氣體目前國際間由各國所共同參與的溫室氣體減緩計畫(IEA Greenhouse Gas R&D Programme)已將生物固定二氧化碳技術(CO2 Biofixation)中的微藻固定二氧化碳做為減緩溫室氣體的策略之一。由於利用化石燃料(主要包括石油和煤)為台電公司提供國內電力的重要來源,而化石燃料經燃燒應用之後,會產生相當量的二氧化碳,因此溫室氣體排放量勢必衝擊未來營運發展。

為此,台電公司綜合研究所化學與環境研究室過去幾年進行微藻固定二氧化碳相關的研究,利用生長及分裂快速的微藻將電廠煙氣做為生長所需的碳源,而達到固定二氧化碳的目的。另外,大量產生的微藻含有多種特殊的活性物質,具有極高的生物價值,因此該所也對於產生的藻體亦投入資源化應用的研發工作,研究範圍包括:微藻培養技術的提升、高效能生物反應器的研發、藻類高附加值產品的開發等。

研究三大方向,從「微」小處著手

微藻是一種於顯微鏡下才可清楚呈現的微生物,如同其他植物一樣進行光合作用,以水、二氧化碳及陽光轉換成生生不息的微藻質體及釋放出氧氣。且因應自然法則,光合反應所需的二氧化碳不需純的二氧化碳,不需增加額外的回收、分離及壓縮的成本與風險,生物法具有對環境友善的優點,外加能源來自太陽能,因此以生物法來削減二氧化碳為目前最自然且理想的方式。一般綠色植物雖然對二氧化碳涵容能力較大,但由於生長速度緩慢且土地需求面積大,所以在目前的生物法中,以微細藻削減二氧化碳最具潛力。

近年來,隨著國際間利用生物法固定二氧化碳及利用微細藻削減二氧化碳(International Network on Biofixation of CO2 and Greenhouse Gas Abatement with Microalgae)平台成立,微藻利用光合作用做為削減溫室氣體的方法並應用於食品、民生等方向,在全球都得到廣泛的重視。台電公司綜合研究所自民國87年起,展開微藻固定二氧化碳相關計畫迄今仍持續進行,主要研究發展分為三大方向:

一、微藻篩選

適當藻種的篩選及保存是計畫中一個相當重要的環節,必須適合於高濃度二氧化碳、耐酸性、耐高溫等生長環境及具可高密度培養的特性;過去曾與台灣大學及財團法人生技中心合作篩選出符合固碳條件之微藻。

二、微藻培殖

進一步探討微藻最適化的生長條件,並逐步放大培育,目前藻類培養系統主要以開放式養殖及光合反應器的開發為主軸。開放性培養池在戶外培養,並利用太陽光做為光合作用的光源,成本相對於密閉系統較低廉,且規模放大上比較沒問題。但並不是所有藻類都可以開放培養,還必須考慮雜菌嚴重污染的問題,因此,通常使用較極端的培養條件來維持藻種的優勢。

台電公司綜合研究所於96年在大林電廠進行螺旋藻Spirulina sp.約10m × 10m開放式養殖,得到螺旋藻固碳效率約為相同面積植林固碳效率的2倍以上,惟現階段成本仍偏高,約為相同面積植林之3倍。

另外,光合生物反應器系統是許多受限天然資源(土地面積、氣候條件等)區域積極發展的研究課題。光合生物反應器種類繁多,設計首要考慮的重點在於能源利用效率及光源的利用效率,台灣雖然四面環海及溫熱氣候具藻類生長之優勢,但仍有土地面積不足的限制,因此台電公司綜合研究所先後與生物技術開發中心合作開發200L板型光合反應器,及與清華大學合作500L直立光合反應器分別於台中電廠及通霄電廠進行可行性評估。目前計劃將於97年底將建置完成20噸大型光合反應器,98年進行固碳效率測試,以期望能提高固碳效率及降低養殖成本為階段性目標。 三、微藻產品應用開發

利用微藻進行光合作用,達成二氧化碳的固定處理,最後將增殖的藻體做進一步的應用。由於藻類富含蛋白質、脂質、醣類,因而生物資源化利用範圍相當廣泛,所產生的價值可降低前端微藻的養殖成本及做為未來碳稅的交易。台電公司綜合研究所過去曾與生物技術開發中心、海洋大學合作成功開發保健食品二十二碳六烯酸(DHA)、食品及養殖業餌料營養劑、生技保養品等高經濟價值應用,未來仍持續依據市場及經濟導向開發微藻資源整合應用。

雙管齊下,迎接新世紀挑戰

溫室氣體對於人類及自然系統的威脅,被認定是未來數十年間人們最大的挑戰。全球溫度上升、對流層水蒸氣濃度增加即顯示並非僅是氣候變化所引起的變化,而是地球反撲的重要訊息。因此,台電公司除了提供穩定電力之外,亦心繫國內環境而勉力於溫室氣體減量工作,投入了將近十年的研究資源,一方面除積極於提升發電機組效率和新節能方法引進外,另一方面則加強二氧化碳去除和回收。(作者任職於台電公司綜合研究所化學與環境研究室)


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