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藻類生質燃料(二):各種養殖方式

前一篇藻類生質燃料(一)裡我們大致簡介了藻類生質燃料的現狀。這次我們要來介紹在產業裡是如何進行大規模養殖藻類。不過在開始之前,想先跟大家分享一個消息。應該很少人知道台灣產業除了晶圓代工佔有率是世界第一之外,綠藻產量也是世界排名第一。根據經濟部2008年的統計,台灣本土的綠藻年產量約979公噸,佔了全球51%,毫無疑問是世界第一。除了產量之外,品質也是頗受好評。這表示台灣在藻類養殖技術方面是相當成熟的。但是目前藻類養殖主要目的仍是作為健康食品販售。如何將這樣的技術應用在相較之下價值低廉的燃油則成為需突破的目標。

一、開放式培養:

1.圓池式開放養殖

這段影片是台灣遠東生技公司接受新加坡電視台的專訪影片,影片中3:29所示即為藻類圓形養殖池。圓形池子有利均勻地混合藻類與水、防止藻體沉澱,讓藻類可以平均地接受日照。池中養殖的藻種主要為螺旋藻,螺旋藻因生長在鹼性環境裡,較不易受到外來微生物污染,因此常用於開放式養殖。

2.跑道式養殖池(Raceway Pond)

圖中為美國Seambiotic公司的跑道式養殖池,僅利用水車促使水流在跑道式養殖池裡流動。其優點為能量輸入更少,僅需提供水車轉動的電量即可。而且跑道式的設計比圓形池能更妥善利用空間。然而缺點也是因僅依靠水車轉動,攪拌不像圓形池均勻。

3.藻輪(Algaewheel)

之前介紹過的AlgaeWheel也是一種開放式的養殖方式。圖中的實驗廠位於美國印第安納州,圖中溫室的主要功能為抵禦該地區冬季的酷寒,讓藻類在寒冷的冬天也能生長,並非防止其他微生物入侵。由輪底輸入氣泡造成藻輪轉動,因此附著於藻輪表面的藻體可以適當的接受陽光。當然曝氣(意思為「讓藻類與氣體接觸」)需要的能量會比轉動跑道池的水車還要多,但是AlgaeWheel同時兼具處理廢水以及產生生質燃料的功能,因此可以額外獲利,相比之下不一定吃虧。

二、密閉式反應器

1.高密度直立式培養系統(High Density Vertical Growth System)

圖為Valcent公司在墨西哥建立的高密度直立式培養系統(High Density Vertical Growth System),利用塑膠材料製成立體懸掛式的封閉型培養反應器。懸掛直立式可以更妥善的利用空間與光線,塑膠材料降低了密閉式反應器的成本,個體式的培養袋也可減少被外來微生物污染的危害。然而需要個別曝氣來進行攪拌也造成較高能量花費,直立式懸掛則需考慮培養袋之間互相屏蔽的問題。

2.、管式光反應器

之前我們在2010年時介紹過NASA發展了OMEGA 離岸半透膜海藻養殖 ,經過兩年的試驗之後,NASA終於要在下禮拜發表他們新的進展:漂浮藻類養殖技術。如圖中所示,新的養殖系統與OMEGA系統最大的區別為NASA將原本的半透膜材料改成了PE管狀塑膠袋。據私下了解,原本的半透膜袋式培養在試驗過程中因強度不足、易造成破裂而造成藻體流失在海中。PE塑膠管在正常氣候下較不易有破裂的情形發生,然而仍須每年更換一次,更換下來的大量塑膠管仍需另外尋求方法處理。

根據領導研究員 Jonathan Trent的預估,在天氣配合的情況下,該系統每公頃每年約可生產19,000公升藻類燃料。在操作方面,漂浮藻類養殖系統將以都市廢水作為藻類養殖的營養源。然而這也意味著該系統在地理位置選擇上有很大的局限性:在大都市週遭才有足夠的廢水供應藻類使用,然而都市周遭難尋足夠面積來養藻。若是要使用幫浦輸送廢又會耗費大量電力。因此,此技術最合適的位置應設置於海邊的汙水處理廠週遭,輔助處理汙水並生產生質燃料。 Trent表示目前最大的困難為海水具有侵蝕性,容易減短PE素膠管的壽命,而且目前還不確定大規模養殖的成本為何,本月NASA的研究人員將根據目前所收集到的結果分析經濟效益。

本文共介紹了開放式反應器3種、密閉式反應器2種,希望給各位讀者一些約略的認識,藻類養殖是在成本與反應環境之間取得最佳平衡,因此往往需要因地制宜,以利用當地環境的長處(例:陽光)並彌補短處(例:低溫),當然實際上反應器有更多種形式,這裡只是列出我們比較常見的,如果有其他讀者們認為應該補充介紹的形式,也歡迎與我們聯絡:bioenergytoday@gmail.com

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關於作者

三個大學同學在畢業後各自步上不同的旅程,卻對於生質能源有著相同的興趣與期待,因此希望藉由寫作整理所知所學,並與全世界分享與討論。