NTNU

師大新聞

2021.1123

臺師大能源先鋒的綠能方程式

全球暖化日益加劇,2015年聯合國宣布17項「2030永續發展目標(SDGs)」,其中第7項指出,「確保所有的人都可取得負擔得起、可靠、永續及現代的能源。」使得一場綠能革命近年在世界各國蔓延開來。其中生質柴油為能源變革重點項目之一,臺師大生命科學專業學院與校友企業也對此合作,開發高品質生質柴油,更成為國際供應鏈不可或缺的一角。

李義發校友打造高品質生質柴油 前進國際能源市場

臺師大理化系物理組校友李義發(Yi-Fa Lee)所創辦的承德油脂,早在十多年前就是這波能源轉型先驅之一,將人人不要的廢棄食用油變成最具減碳潛力的高品生質柴油,讓歐洲人趨之若鶩。加上長期以來與臺師大生命科學專業學院李冠群(Guan-Chiun Lee)教授長期合作,借助李教授在基因改造工程技術的專長,製作特定酵素(lipase)改良生質柴油製程,降低汙染與成本,建立更環保的生物觸媒催化製程。

承德油脂每年回收全臺近九成的廢食用油約7萬公噸,在小小2公頃位於新北市的三峽廠區以及斗六廠區,透過化學催化製程與蒸餾精煉技術轉化成高品質生質柴油。純熟的製油技術與規模使國內其他業者無法企及,生質柴油品質更勝南韓、中國大陸,讓歐美買家紛紛轉向這家臺灣企業,在國際市場佔有一席之地,去年外銷歐洲就超過6萬公噸,英國石油公司、殼牌石油,以及西班牙石油公司都是它的重要客戶,每年更締造新臺幣15億的價值。

廢油變身生質柴油實踐循環經濟

「麥當勞、肯德基、摩斯漢堡、還有許多商家攤販用過的食用油是這些生質柴油的原料。」承德油脂創辦人李義發解釋,目前技術是先去除油脂裡的水分與雜質,再加入甲醇反應,並使用強鹼作為催化劑,加速甲醇與油脂的轉酯化反應(transesterification),將油脂轉化成脂肪酸甲酯(即生質柴油)與甘油,最後在高真空與高溫下蒸餾提煉,就能製作出清澈無雜質的高品質生質柴油。

蒸餾精煉的生質柴油可與現行化石柴油(fossile diesel)燃料油混掺,或是完全代替,可用於柴油車、發電機使用,且因不含硫化物、芳香烴與重金屬,可完全燃燒,因此不會產生黑煙,大幅降低碳排放與空汙,其環保效益相當顯著。環保署曾測試,使用生質柴油所排放的廢氣,可減少47%的懸浮微粒、48%的一氧化碳、80%的多環芳香烴等致癌物質、100%的硫化物等空氣汙染物。李義發也說,「節能減碳勢在必行,使用5、6萬噸生質柴油,一年就可減少15、16萬噸二氧化碳排放,且能改善空汙問題。」

生質柴油打入綠電供應鏈達成碳中和

國際能源總署(International Energy Agency, IEA)計畫,2050年禁止使用石化能源,全面以再生能源替代,達成碳中和目標。臺灣政府也訂定2025年再生能源發電占比20%政策目標,以及規定用電大戶企業,2025年須建置並使用10%再生能源。除了大家耳熟能詳的風力發電與太陽能發電,生質柴油其實在這波能源轉型政策中,更有潛力幫助政府達標。

李義發解釋,太陽能與風力發電以目前技術來看,仍有其發電限制,因兩者受天候因素影響較大,可能出現電力不穩的情形。不過生質柴油沒有類似問題,料源供應除了廢食用油,也可進口非食用性植物油製成生質柴油,供應燃油電廠或企業自備發電設施,達到可調可控、穩定供電。

目前國際間也已有成熟的柴油引擎發電機技術可直接使用100% 生質柴油發電,像是義大利的FRI-EL ACERRA電廠,以及日本三惠福知山電廠等,都是使用100%生質柴油發電廠。而企業則可將工廠內的緊急備用柴油發電機使用生質柴油發電,立即可以符合政府綠電的規定。李義發認為,生質柴油可以小兵立大功,若與太陽能和風力發電互相配合,可以真正落實政府提出的能源政策,也能搭上世界能源改革趨勢。

基因工程重組脂肪酶 催化製油更環保

現有的生質柴油製程再進化,加入酵素催化,更可大大降低製程的外部成本。臺師大生命科學專業學院院長李冠群教授,長期開發酵素在生質柴油的應用,運用基因改造技術,製作「酵母菌表達基因工程脂肪酶(酵素)」,取代原先以強鹼進行油品轉酯化的過程,已成功將廢食用油或非食用性油脂製作成生質柴油,有效降低製程汙染與成本,協助承德油脂建立綠色、安全、永續的生物觸媒催化製程。

李教授解釋,用於生質柴油製程的「酵母菌表達基因工程脂肪酶(酵素)」,最早源於特定真菌所分泌的脂肪酶,但由於真菌不易培養,所以將其脂肪酶基因植入畢氏酵母菌,利用畢氏酵母菌快速繁殖特性,使其大量分泌重組脂肪酶。如此一來可達到降低酵素生產成本、酵素自主生產、優化酵素功能等優勢。他也強調,相較於以強鹼為催化劑的化學催化法,使用酵素催化具有多種優點,例如安全、低耗能、反應效率佳、原料油來源廣泛、反應條件單純、產物與副產物容易分離純化、且不必考慮使用強鹼催化所產生的廢水處理問題。

李教授也已研發將假絲酵母菌(Candida rugosa)所分泌的脂肪酶(Candida rugosa lipase, CRL),同樣透過基因工程,利用畢氏酵母菌表達生產重組脂肪酶,並成功將非食用性痲瘋樹籽油進行轉酯化製成生質柴油,且打算將該項技術實際應用在工業化量產生質柴油。李教授表示,「以酵素製程轉化低價且非食用性油脂,也將是未來生產生質柴油的必然趨勢。」承德油脂目前也打算在三峽廠區建立年產三萬噸的連續式實驗工廠,預計今年底運用這項技術投入生產。

深化產學合作 幫助企業追蹤MIT最新研發

今(2021)年承德油脂與臺師大簽訂「國際會員加值MIT-ILP(Industrial Liaison Program, ILP)服務」,透過臺師大資深業界背景的產業聯絡專家,幫助企業了解美國麻省理工學院最新研發狀況,提出新合作機制,將傳統油品加工業轉型為綠能產業,製造生質柴油,提供減碳發電的方案,導入產學合作計畫,進行重組脂肪酶之生產與製備相關技術合作,讓臺師大作為MIT和承德油脂之媒合技術橋樑。

雙方希望透過計畫精進生質燃料(Biofuel)相關技術,輔導臺灣市場為數眾多的中小企業與時俱進、升級轉型,將學術研究的前瞻性和企業對產品未來發展的創新性,進行有效的結合。今年5月臺師大更特別邀請承德油脂參加MIT與臺大合辦的永續發展研討會,藉由不同角度看待永續發展議題,MIT也分享在永續發展上的努力與成果,幫助企業如何有效落實永續發展。

結合車輛能源學士學位學程 培養生質能源專業人才

再生能源勢必是全球未來趨勢,臺灣也希冀以綠能帶動科技創新研發與在地就業機會,並持續培育綠能產業高素質人力,厚植國內相關產業發展。因此承德油脂也與臺師大密切合作,將在今年9月1日至明年1月31日共同開辦產學合作計畫,針對100% 生質柴油應用於柴油發電機的發電系統研究,與臺師大「車輛及能源工程學士學位學程」安排培訓課程。

授課內容包括生質柴油特性及分析,引擎構造原理、維修保養流程,並且讓學生親自前往承德油脂廠區,操作生質柴油發電機發電與並聯電網。另外也安排課外教學,讓學生參與車輛測試中心的測試作業,以100%生質柴油與石化柴油作為實驗對照組,進行兩者的能耗分析、成本分析、以及長期運轉零組件劣化分析等,透過實際測試記錄各項數據,進行研究探討。

該學程主任洪翊軒教授表示,為期五個月的產學合作計畫預期達到讓學生學以致用,獲取實務經驗,畢業時具備一技之長及未來創業的基石。產學計畫尾聲也將完成一份生質柴油引擎發電機的污染排放特性研究報告,希望提供政府作為重新修正再生能源政策的參考,推廣最具潛力且穩定供應綠電的解決方案。

關注太陽能產業未來發展 捐款母校成立太陽能源與工程學分學程

除生質柴油之外,太陽能電池因其發電成本持續降低,且具環保和經濟效益,近年成為世界各國焦點發展項目,也成為承德油脂與臺師大投入產學合作的重要一環。2019年初,李義發聯繫理學院前院長賈至達教授,開始商討成立相關學程一事,後來捐款至臺師大校務發展基金,成立「太陽能源與工程學分學程」,並捐贈相關實驗設備,設立「太陽能電池原理與實作實驗室」。

授課內容囊括光電半導體、固態物理、新穎太陽能材料、太陽能電池與太陽能工程等專業課程,並搭配使用實驗室,讓學生能夠利用相關設備動手實作,達到理論與實務相輔相成的學習效果。賈至達認為,太陽能光電產業的基本內涵包括物理與工程知識,其應用層面涵蓋各種電子與電路設計,而臺師大正好具備物理與相關工程系所,擁有堅實的基礎研究實力,未來可成為培育相關研發及技術人才的重要基地。

世界各國包含臺灣在內,正面臨溫室效應所帶來的氣候變遷衝擊,但98% 能源仰賴進口的臺灣,目前仍過度仰賴石化能源,綠能科技產業尚未成熟。承德油脂攜手臺師大推行產學合作計畫,希望透過產業技術與學術研究及資源,持續活絡國內外綠能技術管道,培育綠能產業人力,善盡公民義務共同推動全球能源的永續發展。(撰文:公事中心黃樂賢 / 編輯:黃樂賢 / 核稿:胡世澤、鄧麗君 )