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生物精煉概述(三)—生物精煉的型態與實際例證(下)

生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
・2012/06/15 ・1765字 ・閱讀時間約 3 分鐘

LIBERTY專案首座商業運轉廠動土紀念照

圖片來源

系列專欄(二)我們介紹了Phase I及Phase II兩種生物精煉的型態,這篇文章將繼續為讀者介紹 Phase III biorefinery與實際例證。

Phase III Biorefinery
這類型的生物精煉與前兩者相比更加地複雜,Phase III biorefinery有以下兩種特性:
1. 原料來源眾多。
2. 應用多種反應加工程序。

Phase III biorefinery的優點可以分為以下幾個面向來討論。
首先,產品的多樣性可以因應不斷變化的市場需求。當市場的需求改變時,目前製程中生產的副產品有機會能夠轉變為主要的產品。這樣的彈性讓生產者能夠隨時改變生產策略來達到利潤的最大化。
另外,原料的多樣性除了讓這類型的生物精煉製程能夠有相對安全和穩定的原料供給,在成本的考量上,也讓生產者能夠選擇當下成本最低的原料組合進行生產。綜合以上兩點,Phase III biorefinery的高度靈活性最適合大規模應用在工業生產上。

Phase III Biorefinery的例證:
A. 木質素生物精煉(Lignocellulose Feedstock Biorefinery)
主要以”自然乾燥”(nature-dry)的木質纖維素生物質諸如木材、稻桿、或是乾草等作為原料進行反應來獲得產物,下圖是瑞典的Processum正在主導的計畫的示意圖。

圖片來源:James Clark and Fabien Deswarte. 2008. Introduction to Chemicals from Biomass. 10. John Wiley & Sons, Ltd

如圖所示,這個計畫從森林得到原物料之後,進行精煉得到乙醇、二氧化碳、紙漿、甲烷…等產物。這個計畫的特殊之處在於利用特定產業群的互相合作-他們利用合作夥伴製程中的廢棄物(waste)來生產自己公司的主產品,再將生產過程中的廢棄物提供給另外一個夥伴當作原料。

B. Whole Crop Biorefinery
所謂的whole crop biorefinery即是將整株作物都拿來作為精煉的原料。常見的原料包括小麥、玉米等穀類作物。下圖是whole crop biorefinery的簡化流程圖:

從上圖中,可以發現製程的第一步會先將種子和禾桿分開。其中種子會經過若干轉化過程得到酒精和生物塑料…等產品;另外禾桿則會透過上述的木質素生物精煉得到產物。雖然目標是「完全轉化」,但目前除了轉化方面有技術門檻外,收集原料也有困難,例如:美國的玉米農業,當前的聯合收穫機(combine)在收獲玉米粒後,是將斬斷的穗軸與禾桿直接灑在田裡等,因此要收集這些原料必須要建立新的後勤系統。因此生物精煉的發展除了轉化技術的突破,仍需要後勤系統的配合,必定是從便宜的原物料開始,絕非一蹴可幾。

Whole crop biorefinery的應用實例是LIBERTY專案(Project LIBERTY)。LIBERTY專案是POET(世界上最大的乙醇製造公司之一)與Royal DSM(全球前20大化學製品工業公司)共同合作的第一個專案。第一座商業運轉的酒精工廠已於今年3月正式動土,預計在2013年於美國愛荷華(Iowa)州啟用,預計年產量將達到2,000萬~2,500萬加侖。愛荷華州為美國玉米生產的大州,有較低的原物料取得門檻與後勤系統建立成本。該專案的網頁上有一個簡潔的流程介紹,推薦各位讀者進去觀看。(觀看LIBERTY專案的流程介紹請點這裡)。這裡也同時附上POET-DSM的官方網站供各位讀者參考。

C. 雙平台概念生物精煉(Two Platform Concept Biorefinery)
最後介紹另外一種類型的Phase III biorefinery-雙平台概念生物精煉。此種類型是由美國國家再生能源實驗室(National Renewable Energy Lab, NREL )所定義。

這類型的生物精煉是將原料分成兩部分,一部分透過”糖平台”(sugar platform),另一部分透過”合成氣”平台(syngas platform)進行精煉作業,其中糖平台主要進行生化反應,著重於原料中萃取的醣質進行發酵反應;而合成氣平台主要進行熱化學反應,將原料中的生物質轉化為氣態或是液態的中間產物,再將這些中間產物精煉成為可用的燃料。

圖片來源

雙平台概念生物精煉的產物包括燃料、化工與材料原料與食品、飼料…等。值得一提的是,許多糖平台(或是許多其他反應)產生的廢料或是殘餘物都能夠作為熱化學轉化的能源來源。見下圖,糖平台的廢料或是殘餘物可以進入熱電共生系統,作為原料。熱電共生產生的能源,除了可以作為整個製程的能量來源之外,若有多餘產出也可以賣給當地的電力供應商。

至此,相信各位對於生物精煉的定義、型態以及實際應用已有基本的認識。下一篇文章將是生物精煉系列的最後一篇了,希望各位讀者繼續關注喔!

相關文章

《生物精煉概述(一)—生物精煉與石油精煉》
《生物精煉概述(二)—生物精煉的型態與實際例證(上)》

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生質能源趨勢 BioEnergy Today_96
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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。

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「數」養生活就從今天開始!談談數學教育的跨領域思維 ft. 數感實驗室賴以威老師【科科聊聊 EP.58】

PanSci_96
・2021/09/24 ・2816字 ・閱讀時間約 5 分鐘

賴以威老師近年來不餘遺力的推廣數學教育,他與數感實驗室的團隊前進校園,設計好玩好學的國小實驗課、以身作則的舉辦教師研習、還配合國中課業需求推出必修課與題本,業務早已超過數感實驗室剛成立時的規模。一路走來雖然秉持一貫的教育理念,但在教育現場實現了多少?改變了什麼?本集泛泛泛科學邀請賴以威老師談談數學教育的探究、實作與跨領域思維!

不餘遺力地推廣數學教育的賴以威老師。圖/賴以威 提供
  • 02:03 數感實驗室的數學教育

數感實驗室」一開始是賴以威老師與太太 Stacy 於 2016 年成立的粉專,主要刊登數學文章,不過後來發現都是大人在看,粉專並沒有適合小朋友的數學教育,夫妻倆便著手開發好用、好學、好玩的數學課程,從知識切入,跨領域整合數學、科學、歷史、人文、藝術等領域。

延伸閱讀:數學風箏│巨大化,正四面體風箏!在家防疫DIY【數學實驗課】國小數學實驗課 秋季視訊班

開發好玩又好學的數學課程。圖/賴以威 提供
  • 05:50 以威老師如何做到跨域整合?

以威老師表示最原始的動力當然是興趣使然,除此之外還跟他在博士班培養出來的能力有關:研究方法、定義問題、找資料、實現概念,這些能力不僅限於研究,更一路演變成他後來從事科普的技能。下關鍵字、判別可信度、延伸搜尋、產生內容…這些都需要經驗累積。「只講科學不講故事很可惜」,他認為科普內容都要帶出科學背後的意義,所有科學事件都是一個故事,可以多面向探討,自然而然的做到跨領域。

  • 11:20 108 課綱期望學生達到的素養是否太強人所難?

以威老師坦承 108 課綱講求的探究活用精神是他到研究所才掌握的能力,這樣要求國高中生似乎其困難。但是以前的教學觀念不一定要蕭規曹隨,小孩能否學會什麼都是可以討論的,「探究活用」是看待知識的態度,的確有可能在國高中階段就學會。

延伸閱讀:數感盃

  • 16:12 我們該以什麼態度看待新課綱?

如果我們把新課綱定義為培養好奇心,為了滿足好奇心,學生必須主動探究知識,而不是被動學習。好奇心就是這個時代學習的重要因素。當課堂不再是知識的唯一管道,老師不一定得擔任教學角色,當老師必須做的事變少了,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。

老師不一定得擔任教學角色,引導學生、培養好奇心、探究實作與活用顯得更重要。圖/賴以威 提供
  • 18:21 實務上有這麼理想嗎?

在數感實驗室舉辦的教師研習中,團隊遇過非常積極的老師、也遇過只習慣過去教法而否定新教法的老師,賴以威覺得這都在所難免,數感只能做更多研習,讓更多老師認同教學理念,並提供材料幫助老師無痛轉換。而家長與孩童方面,偶而也會有人反應都沒算到數學題目,對新教法不甚理解,這些都需要慢慢溝通。參與新課綱的人很多:老師、家長、學生、政府、大學、民間團體…我們都需要勾勒出共同的理想。

  • 23:55 何謂「數感」?

團隊認為數感分成「察覺關聯」與「應用數學分析決策」兩個層次。對不熟悉的人來說還是要輔以大量舉例才有機會了解,對孩童來說得花更多時間領會。所以團隊鼓勵大家來參加數感實驗室的活動,從機器人輸入輸出的參數體會函數概念、蓋紙房子學習錐體柱體與建蔽率、還有這次的四面體風箏與曲線刺繡都是數感的一種!

追蹤:數感活動

孩童正製作的四面體風箏也是數感的一種!圖/賴以威 提供
  • 28:10 人人有數感

Uber 饗食方案划算嗎?集點卡可以省多少錢?股票會賺嗎?人們平日的決策過程都是數感的表現,但是很多人卻把自己會的數學當作常識,自己不會的數學當做數學。其實,只要有算就是數學,意識到更多生活方面都可以應用數學還可以幫助我們過更好的生活。當你不排斥其他領域,就能夠處理更多知識、解決更多問題。

  • 31:57 教學理念與升學表現的平衡

一昧在教學中強調好奇心又太過理想化,尤其國中生有升學壓力必須顧及學業表現。數感團隊也在拿捏,從強調好奇心的數學課向升學的方向靠攏。像是數感的國中課程就有許多建立數學情境的素養題目:講求平均值的區間測速、二十進位的瑪雅數字、正負數計算高鐵票價,這樣同時培養了探究實作的素養也搭配學校課程幫助課業表現。

延伸閱讀:不需要測速照相機就能抓超速?區間測速原理大解析- PanSci 泛科學

  • 38:13 數感實驗室的課程設計

數感實驗室目前堆出的課程有國小與國中兩種,國小數學實驗課以引發好奇心為主,國中必修課與生活情境連結幫助課業提升。

其中九年級非選實戰題考驗著把文字轉換為數學問題的能力,是學生最缺乏也最難教的,甚至很多高中生都還再學習。從這點來看,有老師認為七年級題本也可以給高中生做。當然數感也希望盡快開發出對應完整學程的課程讓所有學生直接使用。

另外題本也可視為科普文章,大人也可以寫喔。y 編回憶起學生時代的題目才發現都沒搞懂,因為以前的教學沒有連續的思維養成,希望現在的題本可以整合以前學習的片段知識。

  • 43:12 更多關於數感的資訊

追蹤數感實驗室官網,獲取精選文章、影片、課程與活動資訊、題本、還有賴以威老師親簽書籍喔!

節目的最後,以威老師也分享疫情期間的線上課程其實比較辛苦,但有些功能如軟體模擬、分組、Jamboard、延伸閱讀等等也是實體課程做不到的。另外線上課程不限地點皆可參加,連家人都可旁聽,這些特性都必須好好把握的。


泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:


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