【能源4】「生物燃料」是不能忽略的喔！

當我們談到新能源，多數人會想到太陽能板把光變電、水力、風力把動能變電，或者核能把核子的能量變成熱再發電。這些方法確實能大量生產電力，但生活裡有一大部分的機械仍不是用電驅動：大部分汽車、貨櫃船、飛機依然燒液態燃料。原因很直白——液態碳氫化合物（簡稱液態燃料）能量密度高、存放方便、既有引擎與運輸系統已為它們設計好。若未來只靠電來替代所有用途，現有的化石燃料引擎和整個運輸基建可能要全部報廢，代價龐大。因此，想要全面解決能源問題，除了發電外，如何大量生產液態燃料同樣重要。

生物能源的基本概念：把生物質變成燃料

生物能源簡單來說，就是用生命過程剩下來的物料（像是植物、藻類、廢棄物）轉化成能量。最原始的例子是斬柴生火——把植物曬乾、燃燒發熱。進入工業化後，人們發現可以把某些植物的糖或油經過處理，變成類似汽油或柴油的液體燃料。經典例子有玉米發酵成酒精（乙醇），再提煉成燃料；或把油脂（例如葵花籽油）透過化學方法變成生物柴油。這些方法的好處是產出的燃料可以直接在現有引擎上使用，減少大規模改裝成本。

把「植物」變成「汽油」：常見路徑

把生物質變成液態燃料，主要有幾類做法，理解時可用「廚房化學」比喻：

1) 發酵（像釀酒）：把含糖的植物（玉米、甘蔗）用酵母發酵成酒精，再提純得乙醇。乙醇可直接加入汽油或改良後作燃料。好處是技術成熟，缺點是原料多為糧食，會與食物供應競爭。

2) 酯交換（像做肥皂）：把植物油或動物脂肪與酒精反應，生成生物柴油（化學成分叫脂肪甲酯）。可直接用於柴油機，但原料仍可能與食物鏈重疊。

3) 熱化學路徑（像燒烤＋化學分解）：把木質素、農業廢棄物或塑膠等加熱（在有限氧氣下）裂解成小分子，或先氣化成合成氣（一氧化碳+氫氣），再用催化反應（Fischer-Tropsch法）合成合成液體燃料。這類方法的優點是可以用非食用原料、廢棄物或塑膠，缺點是需要高溫、高成本的設備與催化劑。

4) 生物工程（像養微生物做工廠）：利用經基因改造的微生物直接把光合作用的產物或垃圾分解物轉為液態烴類（類似汽油的分子）。這是前沿研發方向，理論上可以直接產生可用燃料，但目前的效率和成本仍在改善中。

原料的選擇：玉米、油料作物、海藻與廢物

不同原料有不同利弊。玉米、甘蔗、葵花籽這類作物能產高糖或高油，但它們同時是食物或食用油來源，若把大量耕地用於種燃料作物，就會壓縮糧食供給、提高價格，形成「食物與燃料之爭」。為此，學界和產業提出幾個替代方案：

– 利用非食用部分或廢棄物：稻桿、林業剩餘物、城市綠化廢棄物，可以當成第二代燃料原料，避免跟糧食競爭，但轉化技術複雜、成本較高。

– 海藻／微藻養殖：海藻能在鹹水或海水中生長，不需耕地、可用廢水或養殖池肥水。它們生長快、含油量高，適合大規模養殖。更妙的是，海藻養殖可以同時吸收海水中多餘的營養鹽（如來自污水的氮磷），減少藻華或紅潮造成的環境問題。把海藻收成後直接曬乾或發酵、裂解，都有可能變成燃料。全球已有不少示範計畫在海灣區域建立大型藻場。

– 廢塑膠再造燃料：近年有技術把廢塑膠粉碎、加熱、配合催化反應或生物處理，轉化成類似汽油或柴油的液體燃料。這方法同時處理塑膠污染和燃料需求，聽起來吸引，但最關鍵的兩個問題是效率（能量與成本）和碳排放（轉化過程是否清潔）。

效率和環境影響：數字背後的直觀理解

談生物燃料，常碰到兩個重要但有點抽象的指標：能量回收率（EROEI，簡單說就是你投入多少能量去生產多少能量的燃料）和碳足跡（整個供應鏈排放的二氧化碳）。舉個生活例子：烤焗蛋糕需要麵粉、糖、電或燃氣、包裝，若烤出來的蛋糕能量少於你為它耗掉的能量，這顯然不划算。同理，若一種燃料從種植、施肥、收割、運輸到轉換的總排放大於直接用化石燃料，那就不能宣稱它環保。

第一代燃料（像玉米乙醇）在某些情況下EROEI並不高，且化肥、農機使用與土地改變帶來的碳排可能抵消部分減排好處。第二代與藻類燃料若用廢棄物或海藻，可大幅降低跟食物的競爭與土地使用問題。但這些路徑通常需要更多的工藝（前處理、催化、精煉），讓成本上升。

誰最需要生物燃料？電能不能解決的領域

並非所有能源需求都能被電化替代。電動車能取代很多市內短程駕駛，但對於長程貨運、航空與海運，電池至今在重量與補能速度上仍有明顯劣勢。液態燃料的高能量密度與便於補給的特性，使得生物燃料在航空、航運、重型運輸中仍有重要地位。換言之，生物燃料不是要替代太陽能或風能，而是補足那些難以電氣化的「硬骨頭」。

現實與未來：技術、成本與政策的角色

雖然生物燃料有吸引的優點，但實務上面臨幾項挑戰：

– 成本與能效：從原料收集到轉化的整個流程要夠便宜，否則沒人願意大量採用。

– 土地與生態：若為種燃料而大規模改變土地使用，可能破壞生物多樣性與碳庫（例如把森林變成燃料田會釋放大量碳）。

– 食物安全：避免把糧食作物直接拿去當燃料，是政策設計的重要考量。

為解決這些問題，幾個方向值得關注：一是發展以廢棄物或非食用生物（如海藻、城市廢料）為主的原料來源；二是提升轉化效率與降低成本，例如更好的催化劑、模組化的熱化學設備；三是結合污水處理、碳捕捉或循環經濟，讓燃料生產同時帶來其他公共利益（如清潔沿岸水質、減少塑膠堆填）。此外，政策可用碳定價、補貼研發或規範土地使用，幫助產業過渡到更可持續的路徑。

一些正在進行的實例（不只想像）

世界各地已有示範計畫：用藻類在海灣養殖、吸收岸邊多餘養分並做燃料；用廢塑膠在專門設備中熱裂解再精煉成路用燃料；用工業廢氣或非食用農殘進行氣化後合成液體燃料。這些案子顯示生物與廢棄物路徑有實際可行性，但要大規模替代化石燃料，仍需要進一步降低成本與提高穩定性。

結語：多管齊下，生物燃料是重要一環但非萬靈藥

總結來說，生物能源的價值在於能產生液態燃料，讓現有的運輸系統、飛機與船舶延續下去，並提供在電氣化困難領域的替代方案。不同原料與技術各有利弊：玉米乙醇技術成熟但與食物競爭；海藻與廢物路徑潛力大但需技術突破；塑膠轉燃料既能處理污染又可產能，但成本與排放需審慎評估。未來的解方很可能是多元的：電氣化加上針對重載交通的生物燃料（或合成燃料）、配合碳管理與循環經濟。要達成這個目標，技術研發、成本下降、妥善的政策與土地與生態保護都缺一不可。面對能源轉型，生物燃料並非簡單的回到過去，而是一場把生物學、化學與工程結合，讓能源既高效又對環境更友善的長期戰略。