竹類生產酒精效能研究

竹林覆蓋台灣152,300 公頃，約佔台灣總森林面積的7.2 ％，因此本研究以竹材為料源，評估竹材作為台灣生質酒精料源的潛力。本計畫已完成七種竹材試材收集，其中包含三年生麻竹 (Dendrocalamus latiflorus)、三年生桂竹 (Phyllostachys makinoi)、三年生孟宗竹 (Phyllostachys edulis)、半年生刺竹 (Bamausa stenostachya)、一年生刺竹、二年生刺竹及三年生刺竹，並完成七種竹材基本化學組成分析，從不同三年生竹種，結果觀察全纖維素以桂竹所含的比例最高，全纖維素含量為69.44％，其次為麻竹 (65.87％)、刺竹 (65.75％)、孟宗竹 (65.44％)，以竹齡來看，全纖維素以半年生刺竹含量較高，全纖維素含量為65.94％，其次為三年生刺竹。oC-10 min)的竹材所含的全纖維素的含量最高，全纖維素含量為57.87％-53.28％，隨溫度的增加 (200^oC-10min)將使得全纖維素的含量降低，全纖維素含量為43.58％-46.81％，且木質素的含量隨著溫度的增加而增加，另外爆碎時間的增加將會造成全纖維素的破壞、降解。因此評估190^oC-10 min的蒸氣爆碎條件是較適合作為前處理的條件。 蒸氣爆碎後試材，將七種蒸氣爆碎處理竹材再進行酵素水解試驗，高溫蒸氣爆碎 (200^oC-10min)處理的試材，在水解初期可得到的葡萄糖濃度比其他條件處理後的來得高，並且很快的葡萄糖的濃度達到平衡，但隨著時間的增加產糖量比其他條件來的低 (305-357mg/g)，可能是高溫蒸氣爆碎處理相對的也會大量破壞纖維素本身的結構，低溫蒸氣爆碎條件下進行酵素水解，從結果來看，葡萄糖的濃度普偏都較低，有可能量因為所給予木質素的破壞不夠，而木糖的產量在高溫蒸氣爆碎後，所獲得的量較高，就竹種來看，以三年生桂竹所獲得的產糖量最高，每公克的材料可獲得501 mg的產糖量，其中葡萄糖為454 mg，木糖為47 mg，其他竹種依序為三年生孟宗竹為472 mg/g、三年生麻竹為449 mg/g及三年生刺竹為439 mg/g的產糖量。以竹齡來區分，半年生刺竹在96小時以190^oC-10 min蒸氣爆碎前處理，所獲得的產糖量最高，每公克的材料可獲得465 mg的產糖量，其中葡萄糖為415 mg，木糖為50 mg，其他一年生刺竹為461 mg/g、二年生刺竹為454 mg/g的產糖量。 將蒸氣爆碎後試材再進行同時糖化與發酵試驗，以3年生的桂竹在72小時的酒精產率最好，5.05 g/L，在不同竹齡的酒精產量上，以1年生的刺竹在72小時酒精產率最好，為5.06 g/L，但整體而言發酵酒精的產率沒有明顯的差異，經換算後，四種竹材以桂竹的酒精產率最好，平均每公斤的絕乾基質可獲得0.24公升的酒精，其次為麻竹，平均每公斤的絕乾基質可獲得0.23公升的酒精。 另進行竹材纖維酒精經濟成本效益評估，從料源成本、採運成本、破碎加工成本及酒精發酵生產成本來進行探討，從料源端來看，台灣地區一年可提供1,109,340氣乾噸重的竹材料源，本計畫竹材的收購成本為8.1元/kg，以竹材酒精轉換率0.23 L/kg來計算，竹材每公升酒精的收購成本為35.22元，採運成本以台灣西部地區竹林料源蓄積量及運距來計算，每公升酒精的運輸成本為2.98元，破碎加工製造成本考慮到破碎機的不同，以國外機型來探討，每公升酒精的處理成本為0.21元；探討酒精發酵生產製造成本為每公升酒精需34.97元，以此估算台灣以竹材作為生質酒精料源成本評估，初步結果每公升的酒精成本約需73.38元，未來若能以結合第一代生質酒精工廠、料源收購成本及酒精轉換率的提升，將可使酒精價格下降，從本研究結果顯示，以本土蓄積竹林生產生質酒精，具有相當的潛力。