生物精煉概述(二)

作者：楊卓儒 / 編輯：郭致廷、歐陽孚

圖片來源:http://green.blogs.nytimes.com/2009/01/13/for-ethanol-plants-two-roads-diverge/

延續上一部分，這篇文章將為各位介紹 Phase III Bio-refinery 和 幾種目前常見的生物精煉平台。

Phase III Biorefinery

這類型的生物精煉與前兩者相比，無疑更加地複雜以及先進。不僅如同Phase II 一般能夠生產各種能源和化工產品，Phase III 生物精煉還具有原料來源眾多且其中同時應用多種反應加工程序等特性。Phase III 生物精煉的優點可以分為以下幾個面向來討論。

首先，產品的多樣性可以因應不斷變化的市場需求。當市場的需求改變時，目前製程中生產的副產品有機會能夠轉變為主要的產品。這樣的彈性讓生產者能夠隨時改變生產策略來達到利潤的最大化。

另外，原料的多樣性除了讓這類型的生物精煉製程能夠有相對安全和穩定的原料供給，在成本的考量上，也讓生產者能夠選擇當下成本最低的原料組合進行生產。綜合以上兩點，在三類型的生物精煉中，Phase III 的高度靈活性最適合大規模應用在工業生產上。

以下列舉幾種發展中的Phase III 生物精煉應用：

l   木質素生物精煉(屬於Lignocellulose feedstock biorefinery)：

l   LIBERTY專案(屬於Whole crop biorefinery)

l   雙平台概念生物精煉(Two platform concept biorefinery)

木質素生物精煉(Lignocellulose feedstock biorefinery)

主要以”自然乾燥”(nature-dry)的木質纖維素生物質諸如木材、稻桿、或是乾草等作為原料進行反應來獲得產物，以圖2.中瑞典的Processum正在主導進行的計畫為例。



圖2. Processum 正在進行的木質素生物精煉
圖片來源：James Clark and Fabien Deswarte. 2008. Introduction to Chemicals from Biomass. 10. John Wiley & Sons, Ltd



如圖2. 所示，這個計畫從森林得到原物料之後，進行精煉得到乙醇、二氧化碳、紙漿、甲烷…等產物。這個計畫的特殊之處在於利用特定產業群的互相合作－他們利用合作夥伴製程中的廢棄物(waste)來生產自己公司的主產品，再將生產過程中的waste提供給另外一個夥伴當作原料。

LIBERTY專案( project LIBERTY, Whole crop biorefinery)

所謂的Whole crop biorefinery即整株作物都拿來作為精煉的原料，常見的原料包括小麥、玉米、油菜等穀類作物。圖3. 是Whole crop biorefinery的簡化流程圖：

圖3. Whole crop 生物精煉概念圖
圖片來源：James Clark and Fabien Deswarte. 2008. Introduction to Chemicals from Biomass. 11. John Wiley & Sons, Ltd

從上圖中，可以發現製程的第一步會先將種子和禾桿分開。

其中種子會經過若干轉化過程得到酒精和生物塑料…等產品；另外禾桿則會透過上述的木質素生物精煉得到產物。

Whole crop biorefinery的應用實例是Poet和美國能源部實施中的LIBERTY 專案。(Poet是世界上最大的乙醇製造公司，更多資訊請參閱這裡。)圖4. 是LIBERTY專案的流程圖，可以看到一開始也是將種子和禾桿分開後分別進行精煉製程。



圖4. LIBERTY專案簡易流程
圖片來源：James Clark and Fabien Deswarte. 2008. Introduction to Chemicals from Biomass. 12. John Wiley & Sons, Ltd



雙平台概念生物精煉(Two platform concept biorefinery)

最後介紹另外一種類型的Phase III biorefinery－雙平台概念生物精煉。此種類型是由美國國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Lab, NREL )所定義。

圖5. 雙平台概念生物精煉流程圖
圖片來源：James Clark and Fabien Deswarte. 2008. Introduction to Chemicals from Biomass. 13. John Wiley & Sons, Ltd

如圖5.所示，這類型的生物精煉是將原料分成兩部分，一部分透過”糖平台”(sugar platform)，另一部分透過”合成氣”平台(syncgas platform)進行精煉作業，其中糖平台主要進行生化反應，著重於原料中萃取的醣質進行發酵反應；而合成氣平台主要進行熱化學反應，將原料中的生物質轉化為氣態或是液態的中間產物，再將這些中間產物精煉成為可用的燃料。

雙平台概念生物精煉的產物包括燃料、化工與材料原料與食品、飼料…等。值得一提的是，許多糖平台(或是許多其他反應)產生的廢料或是殘餘物都能夠作為熱化學轉化的能源來源。如圖6.所示，糖平台的廢料或是殘餘物可以進入熱電共生系統，作為原料。熱電共生產生的能源，除了可以作為整個製程的能量來源之外，若有多餘產出也可以賣給當地的電力供應商。

圖6. NREL的雙平台概念
圖片來源：http://www.nrel.gov/biomass/biorefinery.html

對生物精煉的類型有基本的認識之後，下一段將向各位介紹目前生物精煉製程中常見的幾種平台。

常見的生物精煉技術平台：

生物精煉目前分為糖、熱化學、富碳鏈、沼氣與植物產品等技術平台。目前，NREL主要著重於糖平台(sugar platform) 和熱化學平台(thermochemical platform)的發展。

五種平台的簡介請參閱表格1.

表格 1. 生物精煉技術平台簡介
資料來源：NREL, IEK整理

小結：
介紹完生物精煉的類型和技術平台後，在〈生物精煉概述〉系列的最後一篇，我們將會以原料、轉化過程和產品三部份來和石油精煉作比較並討論生物精煉產業可能面臨的機會和挑戰，作為本系列專欄的總結。

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