生物燃料

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生物燃料（Biofuel）

　　生物燃料又稱生質燃料或生態燃料，泛指由生物質組成或萃取而成的固體、液體或氣體。生物質可以用三種不同的轉化方法轉化為易於利用、含有能量的物質，包含：熱轉化，化學轉化，和生物化學轉化。

　　此生物質轉換可能會產生固體，液體或氣體的形式，而這種新的生物質可用作生物燃料。所謂的生物質系指有機活體或者有機活體新陳代謝的產物，例如牛糞。不同於石油、煤炭、核能等傳統燃料，這種新興燃料是可再生燃料。因為油價上漲和能源安全的需要，生物燃料越來越受歡迎。然而，根據歐洲環境署，生物燃料並不一定能減緩全球變暖。

　　生物燃料其中一種定義是“至少80％的體積是由十年內生產的有機活體物質提煉出的燃料。”生物柴油是由植物油和動物脂肪製成。純的生物柴油可以被作為車輛燃料，但它通常是作為柴油的添加劑，以降低柴油車輛排放的微粒，一氧化碳和烴類。生物柴油是油或脂肪經由酯交換反應生成的，在歐洲是最常見的生物燃料。

　　2010年，全球生物燃料產量達到1050億升（280億美製加侖），較2009年增長17％。生物燃料提供世界上道路交通燃料的2.7％，其中主要是乙醇和生物柴油。全球燃料乙醇的生產在2010年達到了860億升（230億美製加侖），其中美國和巴西為世界上產量最多的生產者，占全球產量的90％。世界上最大的生物柴油生產者是歐盟，占2010年生物柴油總生產的53％。國際能源署有一個目標，到2050年用生物燃料滿足超過全球需求運輸燃料的四分之一，以減少對石油和煤炭的依賴。

　　專門培植為生物燃料原料的作物，有主要在美國出產的玉米和黃豆；主要在歐洲的亞麻籽和油菜籽；巴西的甘蔗；東南亞的椰子油。工業、農業、林業、一般家庭製造出可生物分解的產物都可以作為原料，例如：稻草、麥梗、稻糠、木材、糞便、廢水和廚餘……等。這些原料經由無氧消化轉換為生化氣體。製成燃料的生物質，其原料常常是一些未被充分使用的廢棄物，像稻秣與動物廢棄物。至於木材與草的品質並不直接影響能量產生的多寡。

　　現在有許多科學家開始研究使用藻類或藍菌做為另一種生物燃料的原料，應用的層麵包括生質柴油、甲醇、乙醇、甲烷，甚至氫燃料。以大麻做為原料的研究也在增加，但大麻的研究還得面對法律方面的問題（為了避免毒品問題而對大麻種植的限制）。巨皇草收成快體積大，燃燒時與煤炭的能量比為5:3所以5噸可以取代3噸煤炭，另外該草不必像生物柴油一樣經過提煉過程為液態才能使用，簡單加工後可以直接燃燒，適用經濟較貧困的地區或低成本產業，所以巨皇草已經被列為尖端抗暖化措施在進行研究。

　　在一些工業化的國家，例如德國，因為一般燃料的課稅比食物的高，所以由每單位食物產生能量的價錢較用一般燃料便宜。

　　早在發現火以來，人類就開始將生物燃料作取暖和煮飯用。當電被髮現後，生物燃料原本將被大量用能源生產。然而石化燃料：煤炭、石油、天然氣被大量發現與其應用技術的發展，使得生物燃料在能源、交通運輸等方面的功能被世人所忽略。

　　液態生物燃料的應用始於早期的汽車工業。內燃機的發明者，德國的尼古拉斯·奧托(Nikolaus Otto)，計劃用乙醇做為這項發明的燃料。柴油引擎的發明者，德國的魯道夫·狄塞爾（Rudolph Diesel），打算拿花生油做為它的燃料。由亨利·福特發明的T型福特，完全使用乙醇為燃料。但是，在賓州與德州的油田被髮現後，石油變得很便宜也極易取得，於是汽車便開始改用石油或柴油。

　　為了種地而燒荒拓墾，可能排放許多的二氧化碳，需要數十年甚至數個世紀的生物燃料才能補償。為了製造及運輸生物燃料也會產生污染、二氧化碳排放及使用水資源、化學肥料。在地生產使用生物燃料可以減少這些問題，但是就算在地生產，有些生物燃料在環保上可能還是不值得，例如有研究顯示、一些已經量產的生質酒精其實是高污染燃料。在經濟上也可能不值得，例如玉米酒精比化石燃料製造出更多的碳及污染排放。

　　為了生產生物燃料，許多土地被改為農地，尤其是開發新的農地也會破壞生態。由於生物燃料的需求增加，在有些第三世界國家的農民，可能把原本用來生產糧食作物的土地，拿來種植能源作物，減少糧食作物的生產。生物燃料的大量使用也造成糧食價格上漲，並威脅貧窮人口的生存。

　　用痳瘋樹(又名桐油樹)可用於生產生物燃料，這些作物可生長在不適於糧食作物生長的荒地、幾乎不需施肥，其種子亦不可食用，對糧食生產影響更小。但就算能源作物本身不可食、也可以在不食之地種植，但是還是有減少糧食生產的可能。採用廢棄食用油來生產生質柴油不會占用食物來源，被認為是目前真正值得推廣的生物燃料，但是廢油中含有許多無用物質，會增加生產問題。纖維素乙醇是採用人體無法消化的部位，因此比較不會降低糧食生產，也可以減少新農地的需求，但是由於植物的細胞壁（纖維素主要存在的位置）構造相當複雜，且含有許多不同物質，因此以現在的技術來說，生產成本較高；此外，農業廢棄物同時也是一種良好而且重要的有機肥料，因此纖維素乙醇的大量使用也是有環保上的疑慮。

　　未來藻類（例如海藻）來生產生質柴油會是發展方向之一，藻類生質燃料生產效率高，不需使用耕地也能減輕生質能源可能對農產品價格的影響。不過，技術上還需一些突破，藻類生質燃料成本較高，部分藻類是基因改造品種，預防這類藻類混入生態系統也是個課題。

　　纖維酒精也有不需額外耕地也不會跟現有糧食競爭的優點。核能研究所為配合臺灣能源政策，2006年起積極發展第二代生質燃料之一－纖維酒精之生產技術，以全球及亞洲地區產量最為豐富的農業廢棄物稻稈為研究起點，2007年建立國內第一座實驗型纖維酒精程式研發設施，2009年建置日處理1噸纖維原料之噸級測試廠，並設有電力、蒸汽及水處理等完整公用設施。此測試廠除作為國內、外開發纖維酒精製程、生物酵素與發酵菌株之平臺外，其所發展之纖維酒精量產技術亦可為國內商轉廠設計、能源效益及生產成本評估之基礎。未來測試廠將由纖維酒精發展為生物精煉技術平臺，成為臺灣研究生質精煉之重鎮，並朝向石化產業高值化之發展邁進。