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微藻的減碳循環經濟

2021/8/25 0:0
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微藻的減碳循環經濟
用微藻科技協助捕捉二氧化碳並創造綠色商機
作者:賴允政
 
二氧化碳的減量是世界當前最重要的議題之一,而微藻是地球上固碳效率最高的生物體之一,吸收二氧化碳的速度是樹木的5-20倍,因此若能利用微藻捕捉大氣或工業廢氣中的二氧化碳,再以微藻所產生的生質體轉化成生質燃料或其他高經濟價值產物,將可充分發揮減碳及循環經濟的多重效益。
國立成功大學化工系張嘉修講座教授10餘年前即開始投入微藻相關的研究,並於民國99年成立「微藻生技與工程中心」核心實驗室,結合成功大學化工系、生科所、化學系,以及交通大學生科系等多位教授與研究員進行跨領域合作,推動與產業界之合作。除建立「高效率分析篩藻系統」以及「大規模微藻養殖模廠」等關鍵生物技術與基礎設施外,更擁有資源豐富的藻類資料庫,內涵300多種台灣本土藻株。以此關鍵技術、設施與資料庫為基石,研究團隊廣泛投入多面向應用研究,主題包括微藻的功能性快速篩選、量產技術、光生物反應器設計、微藻收集與特殊成分萃取、生物精煉、健康食品開發等,同時嘗試將微藻應用在廢水處理、捕捉二氧化碳及生質燃料轉換等環境與能源應用面向。
由於微藻可進行高密度養殖,更可使用廢水進行培養,相較其他陸生植物,更具有節省空間與不受水資源限制的優點,且微藻可承受工廠廢氣中高達20%的二氧化碳濃度,能在惡劣的環境下進行有效率的固碳作用,張嘉修教授研究團隊期望應用微藻進行工廠廢氣的淨化及循環利用。團隊從98年加入第一期能源國家型計畫開始,即透過「微藻生質能源整合技術開發計畫」與中鋼公司展開合作,嘗試在煉鋼高爐煙囪下設置一「微藻光生物反應器模組」,將煙囪廢氣導入微藻養殖系統,利用微藻吃碳進行光合作用的特性,讓其中的微藻吸收煙道氣中的二氧化碳並快速成長。目前團隊已將相關技術技轉給中鋼公司,並成功在中鋼公司廠區完成「噸級」微藻養殖系統的建置,為國內首創直接在工廠建置微藻養殖系統的成功案例。此微藻養殖系統除了達成二氧化碳減量之外,同時也去除煙道氣中硫氧化物與氮氧化物,採收後製成微藻粉或藻液,可製造生質燃料,或萃取特殊成分製成保健食品,發展具商業價值之廢氣及二氧化碳再利用的循環經濟模式。
微藻可進行高密度養殖,同時可使用廢水進行培養,具節省空間與不受水資源限制的優點
資料來源:研究團隊提供
張嘉修教授參與能源國家型科技計畫,為中鋼公司建置「噸級」的煙道氣微藻養殖系統。
資料來源:研究團隊提供
完成煙道氣微藻養殖系統建置後,團隊更於105至107年與中鋼公司共同執行「整合二氧化碳礦化封存與海藻固碳再利用營造海洋牧場之研究(I-III)」計畫,進一步以微藻養殖系統培養生產的微藻為原料,建立微藻生質柴油生產流程與技術平台,並開發微藻減碳與生質能源生產之商業化技術。此外,煉鋼製程副產品轉爐石所含的氧化鈣具有礦化封存二氧化碳的特性,並已被證實有助於加速藻類生長,團隊因此將轉爐石製作成人工魚礁,利用人工魚礁培養具有經濟價值的扁藻及馬尾藻,可分別開發為水產飼料及高價化學品,同時達成養藻固碳的目標,建立以微藻固碳同時發展海洋牧場的商業模式。
微藻發揮固碳功能後,藻體除了可提煉藻油、將其轉酯化為生質柴油外,油脂分離後的微藻殘餘生質體尚可萃取出多種營養物質如葉黃素、蝦紅素與omega-3脂肪酸,以及具有抗氧化與美白等功效的特殊成分,或是利用創新的電漿轉化法,在低能源消耗之條件下,將殘餘之微藻生質體轉化為氫氣或合成氣,進一步搭配觸媒轉化程序生成醇系之生質燃料。研究團隊已將相關技術技轉給相應廠商,並透過產學合作與廠商共同開發出健康食品、化妝品、水產養殖飼料、微藻生質燃料等產品,充分發揮微藻的可能性與經濟價值。由於台灣的氣候與地形比其他國家更適合培養藻類,故研究團隊認定「微藻科技」在台灣具相當發展空間,可利用面向相當多元,未來將持續投注能量創造微藻綠色商機。