木質材料在石化原料及能源材料轉換之開發應用

「木質材料在石化原料及能源材料轉換之開發應用」之中文摘要： 一、「木質材料之氣化能源回收利用 (1)」： 本計畫在開發木質材料氣化回收能源技術，探討利用氣化合成氣進行電熱利用、轉化成生質燃料或化學品之可行性，本年度工作已完成對柳杉及相思樹材料之成份與元素等分析，以作為氣化操作條件設定之基準，並完成建立一28 kWth之小型氣化測試系統，以進行相關之氣化實驗，該氣化爐直徑為7.6 cm，乾弦區為19.8 cm，總高度為1.90 m。初步結果顯示，合成氣產量隨空氣等值比之下降而增加，注入蒸汽可提高合成氣中氫氣之產量。另本計畫亦進行合成氣焦油形成機制之探討與添加吸附劑或觸媒除焦技術之調查。 二、「木質材料之熱解及其產物應用於生質燃料及化學品之研究 (1)」： 本試驗係在升溫速率100℃/hr下，將柳杉與相思樹以固定床式機械窯加熱700℃並持溫1hr，探討材料尺寸對熱解產物木炭與木醋液基本性質之影響，試驗結果發現，柳杉及相思樹均以2×2×10 cm者有最高之木炭及木醋液收率；在相同條件下，柳杉之木炭熱值、木醋液之收率及溶解焦油含量均高於相思樹者，而木炭之收率、木醋液之酸鹼值、比重及有機酸含量則均以相思樹高於柳杉者。各種木醋液有機成分之酸性物質均以醋酸為主，酚類物質在柳杉木醋液以2-methoxy-phenol為主，相思樹則以2,6-dimethoxy-phenol為主，各種木醋液中性物質均以1,2-benzenediol 及其衍生物含量最多。整體而言，以材料尺寸2×2×10 cm者有最優良及均衡的木炭與木醋液基本性質，因此，將以此尺寸為依據，進行不同最終熱解溫度對木炭與木醋液基本性質之影響。 三、「木質材料溶劑液化產製合成樹脂原料及開發高分子材料 (1)」： 本研究以酚液化柳杉及相思樹木材與甲醛反應合成Novolak型酚樹脂，探討熱壓製造成型板之可行性。液化木材與福馬林混合時發生放熱反應，形成Novolak樹脂；膠粉熔點分別為149.4℃及127.5℃。與木粉、四氮六甲基圜、硬脂酸鋅混合後可熱壓製造成型板，丙酮溶出試驗之重量保留率在89.6%以上，增加膠粉比例、延長熱壓時間或提高熱壓溫度可提高重量保留率；各成型板之內聚強度最高達15.9kgf/cm2，36hr浸水後之吸水率約7.6%，吸水厚度膨脹率約1.3%，DSC分析顯示其耐熱溫度在300℃以上。 四、「木質材料水解醱酵產製酒精 (1)」： 本年度計畫旨在建立木質材料進行水解醱酵前之預處理程序，並對纖維素水解菌進行篩選，同時建立水解菌生產水解酵素之最適培養條件。在木粉微波預處理方面，實驗結果顯示較長的微波時間可使木粉釋出較高的總糖量，然而以單位能源之總糖產率來看，較長的微波時間並不利於總糖的產生。在纖維素水解菌篩選方面，由6批樣品中共分離出37株菌株，其中7株菌具有較佳之水解效果，並以E3-01表現最佳，其還原糖產生量可達0.84 g/L，菌株E3-015之最佳培養條件仍應作進一步試驗。 五、「木質材料產製生物可分解性聚乳酸高分子材料之研究 (1)」： 本研究為將稻草以THFA有機溶劑及添加催化劑HCl予以製漿,於Kappa值及收率方面,THFA濃度愈高，其值呈現降低趨勢,以THFA100%,降解最多,於HCl濃度3%以下,其二值降低幅度非常明顯;漿化學組成分析,THFA水溶液濃度愈高,木質素含量愈降低趨勢,加入HCl,使去木質化效果更明顯,最高達85%;所得漿料,予以醣類組成分析, 成分顯示半纖維素較纖維素易溶出;再將漿料以Py-GC-MS-TMS分析,木質素裂解化合物面積與Kappa值及木質素含量r2值均為0.97,呈現極高相關性。 六、「種子油製造生質柴油之開發應用 (1)」： 國產千年桐、無患子、烏桕及樟樹測定果實組成分，油脂理化性質；種子油製備脂肪酸甲酯(生質柴油)及副產物(甘油)，所得結果歸納如下： 1、烏桕及千年桐果實獲油率最高約為24.2-24.7% %，樟樹者為22.6 %，而無患子果實最低僅4 %。 2、從實驗得知，四種種子油皆能夠在適當條件完成轉酯化反應；千年桐、無患子及樟樹之轉酯率高達於98 %以上，而烏桕僅62.9 %。種子油所得脂肪酸甲酯種類、含量、冷濾點、碘價…等性質皆異，綜合得知烏桕及千年桐種子油適合作為生質柴油原料。 七、「國產木質顆粒燃料研發與應用 (1)」： 本研究主要利用國內的木質廢棄物研製易於運送與儲存的木質顆粒型燃料，以替代部分的石化燃料使用，降低國內的二氧化碳排放。研製方法係先將木質廢料研磨成木粉，並加入其他的農業廢棄物、木竹炭或回收塑料，以提高成型顆粒的強度與熱值，並擴大生質能源的原料來源。而成型設備則採用現有的工業用造粒機與實驗室專用成型模具進行，以明瞭成型條件對木質顆粒燃料的影響。此外亦搜集各國發展木質顆粒型燃料的現況與成效，作為國內推廣時的參考，並研究改進成型機效能的條件。