微藻計畫 最自然的減碳方式

發布時間:105年04月01日

綜合研究所 綠色創新守護地球


微藻固碳 大地的空氣清淨機

瓦特發明蒸汽機以來,隨著工業發展加劇,全球溫室氣體排放量逐年升高,氣候變遷問題也變得日益嚴峻,如何減緩全球暖化,逐漸成為眾人關心的議題。

35億年前,遠古菌種藍綠藻的出現,改變了早期地球上的大氣結構。藻類是一種於顯微鏡下才看得清楚的微生物,與其他植物一樣仰賴光合作用成長,如同一部巨大的氣體交換機,經由水、二氧化碳及陽光之間的交互作用,將二氧化碳轉換為氧氣,地球也因此得以演化出豐富多樣的生命體。那麼,這曾經改變早期大氣的遠古生物,在溫室效應持續延燒的今日,是否可能再次成為改變環境的希望呢?

微藻固碳的原理與植林減碳一樣,是利用光合作用將二氧化碳(無機碳)轉換為有機體(有機碳)及氧氣。一般綠色植物因生長速度緩慢,且所需土地面積廣大,故減碳效益有限;相對而言,自然界中的藻類,具有生長速率較快及較低的土地面積依存度等優勢。以同樣一公頃面積相比,植樹一年可捕捉10至16公噸的二氧化碳,而微藻一年則可捕捉220多噸,是植樹的10倍以上,減碳成效不容小覷,也因此在1960年代,國外科學家開始投入以藻類固碳的研究領域。

小小的微藻 鉅大的心血

1997年京都議定書簽訂,為與國際減碳趨勢接軌,台電綜合研究所於翌年跟隨國際腳步,開始了利用藻類來減碳的相關研究。

台灣藻類有數百種,選擇適合培植的藻類品種並非一件容易的工作,除須評估其對於二氧化碳的轉換效益之外,水質的酸鹼度、光照,以及抵抗外來藻種的能力等會影響存活率的條件,亦須全部納入考慮。在此方面,綜合研究所與台灣大學及財團法人生技中心合作,從台灣最常見的藻類之中篩選,尋找適合的品種進行培殖。

早期試驗的藻種幾乎因為海洋的酸鹼度及其他外部條件較難控制,且從實驗室移植到現場的大型化過程中容易受到污染,終於不得不另闢蹊徑,轉移嘗試挑選其他適合藻種。多年的心血雖然再度歸零,綜合研究所的同仁卻並未因此氣餒,重新查閱了上百筆文獻資料、並經過重重篩選之後,研究團隊認為螺旋藻似乎是值得一試的方向。

在此期間,綜合研究所也於小型電廠中進行光合反應器的開發;2007年,終於開始在大林發電廠養殖螺旋藻。決定了重點培植的微藻種類,卻是另一項艱鉅任務的開始,綜合研究所亟待找出養殖藻類的「勝利方程式」。綜合研究所化學研究專員陳曉薇表示﹕「所謂勝利方程式,除了酸鹼度、照度等技術層面的控制因子之外,也包含事前煙氣如何有效供應至系統、培植時藻類如何達到最佳化、以及藻類如何有效運用等諸多考量」,是極為繁複而艱辛的浩大工程。

經過長達2至3年的時間,綜合研究所終於掌握如何達到最高減碳效益、且最有效率繁殖螺旋藻的方式。在實驗室初步完成培養後,接著便要移植到較大的水域,逐漸擴大養殖體積,而每一次的擴大工程,皆可能遭遇不適應新環境,或成長速度不如預期等困難。

環境友善 生生不息的碳循環

然而即便培育工作困難重重,微藻生長與分裂快速,且吸附二氧化碳的能力強的特性,使它成為種樹植林以外,另一種對於環境友善的溫室氣體處理方式。大量繁殖後的藻類經回收後,可將其中成分如多醣類、藻藍蛋白等活性物質萃取出來,用以製作機能食品、動物餌料或保養品等高經濟價值產品,藉此平衡研發所需成本;而萃取過後的藻類,則可以繼續作為生質燃料再次利用,可謂一舉數得。

台電一方面肩負供應國內民生與生產所需電力的義務,另一方面卻無可避免地在火力發電過程中會產生廢氣,微藻計畫便是希望能夠解決排放二氧化碳的問題,甚至以此作為能量來源,達到「從搖籃到搖籃」的循環目標。

二氧化碳的減量技術,是現階段世界各國努力突破的重要課題。綜合研究所的微藻計畫,目前已從大林發電廠擴大至南部發電廠及林口電廠;未來,更希望能與水產養殖業者合作,以電廠周邊的帶狀海域為範圍養殖大型藻類,達到「海洋牧場」的理想,為減少溫室氣體、打造綠色地球盡一份心力。