2009年7月6日

不符永續發展原則的生質乙醇燃料

作者/劉廣定(台大名譽教授)

從熱力學和光合作用的基本原理分析,可知自植物取得醣類,加工製成生質乙醇用為燃料,不但不符永續發展原則,也不切實際效益。

維持永續世界的六大問題之中,以「能源匱乏」和「資源枯竭」兩項與化學的關係最為密切。「永續化學十二原則」的第七原則謂:若技術已成熟並符合經濟效益,應使用可再生〔註一〕的原料。而「永續工程十二原則」的末項也強調「使用可再生能源與物料」,因此近年來,開發利用可再生能源成為追求永續發展的主要課題之一。

然而,在這些開發中的可再生能源裡,製造生質燃料是否符合經濟效益,是否違背其他永續發展原則的問題,卻常遭忽視。尤其在台灣,多數人並不了解「永續發展」的真義,也不明瞭因相關的化學或物理現象可能導致負面效應。不少人盲從外國,或聽信誘惑而隨聲附和,大力鼓吹推展某些並不適合台灣的「可再生能源」,生質乙醇(或稱「生質酒精」)即為其一。

《科學月刊》第38卷第4期282~286頁,曾載筆者〈追求永續──從認識生質能源開始〉一文,簡述各種生質燃料的優缺點,也說明「生質乙醇,除可減少化石能源的消耗,並無其他優點」。今再簡介生質乙醇的一般性缺點,並從基本科學原理指出其不切實際,且說明基礎科學教育中忽略某些基本原理如「熱力學」之不當。

生質乙醇的缺點

目前的生質燃料是以甘蔗、玉米、油菜等食用植物所含脂類化合物(lipids)或醣類化合物(carbohydrates ,或譯作碳水化合物)為原料製得。理想的情況是:這些植物在生長過程中,藉光合作用吸收空氣中的二氧化碳產生醣類化合物以及再形成的脂類化合物。若將這些植物製成「生質燃料」,經燃燒後雖會釋出二氧化碳,但不會增加空氣中二氧化碳的淨值,因此有「減碳」作用。然在生產生質燃料的過程中,卻也產生氧化二氮(N2O)〔註二〕這種溫室效應氣體。

氧化二氮又稱「笑氣」,是自然界「氮循環」的必然產物,有麻醉和干擾中樞神經的作用。嚴重的是,它的溫室效應氣體強度為二氧化碳的296倍!現代農業大量使用含氮的化學肥料,產生之氧化二氮已約造成溫室效應的6%。若再增加農耕頻率或面積,則使空氣中氧化二氮的含量日益升高,實不利於「抗暖化」。

再者,栽種可在短期內收割的植物,需要大量的水,將使水資源更為短缺。由農作物製造生質燃料也需要使用肥料,生產肥料、收割作物、運輸與製成生質燃料,都是高耗能過程。不斷耕作也對土壤有害,在在皆不符永續發展原則。況且推廣以食用作物為原料製成的生質燃料,必將影響糧食價格,增加低收入或貧困民眾負擔,也會影響牲口飼料的供應而對畜牧農業不利。據報導,中國大陸政府已規定不得以食用植物製造生質燃料,然而,以非食用植物製造生質燃料合適嗎?以下將從熱力學和光合作用的基本原理分析、說明之。

註一:筆者過去曾譯renewable 為「續生性」,蓋原指乃自然界繼續發生,或可快速培育產生之意。一般誤譯為「再生性」,與工業界所使用將廢舊之物重新再製的regenerated 一辭混淆。為從俗但與「再生」有別,改用「可再生」。

註二:有譯作氧化亞氮,實為誤譯。蓋其化學結構為O = N = N,兩個氮鏈結不同,不可泛稱「亞氮」。【更詳細的內容,請參閱第475期科學月刊】

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