探讨21世纪的环境、资源、能源等各种问题。
日本的生质能源供需状况。
生质能源是什么?其生产量由什么要因决定?
植物性生质能源的基本构造与化学特性。
木质纤维的化学资源化的趋势。
生物塑胶(bio-plastics)是什么?
非木材纸是什么?
鱼类做为生质能源的限制。
台湾生质能源的发展与研究。
台湾与世界的有关生质能源的相关资料。
本书适合做为大专院校通识教育及空中大学的教科书及参考书。
本书也适合当成一般读者对生质能源增加认识的入门书。
作者简介
兔束保之
日本东北大学农学博士
日本山梨大学名誉教授
中国南阳理工学院名誉教授
日本放送大学山梨学院中心所长
编辑协助∕中泽勇二
日本东北大学农学博士
日本共立女子大学名誉教授
日本放送大学客员教授
编译者简介
李锦枫
台湾大学农化系毕业
美国犹他大学植物营养与生化系硕士
美国维斯康辛大学食品科学系博士
曾任∕
台湾省菸酒公卖局酒厂、菸酒研究室技士
美国维斯康辛大学研究员
食品工学发展研究所正研究员兼副所长
现任∕台湾大学食科所兼任教授、名誉教授
李华枫
成功大学会计统计系毕业
曾任∕味全公司会计课经理
现任∕某民间公司总经理
林志芳
台湾大学食品科技研究所博士
台湾大学食品科技研究所硕士
曾任∕致远管理学院餐旅管理学系助理教授
现任∕国立金门大学食品科学系助理教授
编译监修者简介
郑水淋
台湾大学农化系毕业
日本东北大学农化系研究
曾任∕味全食品公司研究室主任、总厂长、副总经理
现任∕某民间企业总经理
林 序 i
原着者序 iii
编译者序 vii
第1章 如何处理二十一世纪的环境、资源、能量等问题 1
前 言 2
1-1 地球在物质上为闭锁系统,但在能量上为开放系 2
1-2 分散的资源要将其凝聚即需要能量(energy) 2
1-3 凝聚者要给予秩序,也要能量 3
1-4 对于确保资源想法的变化 3
1-5 使用太阳能凝聚秩序化的模式(model)就是光合成 4
1-6 以光合成生成有秩序分子的葡萄糖及淀粉 8
1-7 化学工厂的合成反应与生物做成的生体内化学反应有何差异? 9
1-8 生质能源与人类的关系 10
1-9 地球暖化与空气中的CO2浓度 11
1-10 现在为什么生质能源被关注? 12
1-11 生物会自发性留下子孙的生质能源,每年可有新收获 13
1-12 生质能源利用科学的持续发展 14
1-13 引导科学合理性来利用生质能源 14
第2章 日本的生质能源供需状况 15
前 言 16
2-1 木材的供需状况 20
2-2 纸张、纸浆(pulp)的供需状况 26
2-3 生质系衣料资源的需求状况 27
第3章 生质能源生产量由什么因素决定 31
前 言 32
3-1 生质能源的生产与能量(energy) 32
3-2 植物的纯一次生产力(Net Primary Productivity; NPP) 34
3-3 地球上的生质能源生产量 42
3-4 到将来都可能利用的生质能源是什么? 44
第4章 植物系生质能源的基本构造与化学特性 49
前 言 50
4-1 构成生质能源的原子与分子 50
4-2 葡萄糖分子的构造 56
第5章 木质纤维素的化学资源化趋势 69
前 言 70
5-1 将木质纤维素热流动性化制成塑胶 70
5-2 将木质素分离纤维素、半纤维素 75
5-3 将纤维素化学修饰开发新用途 77
5-4 加水分解纤维素、半纤维素做为糖资源 78
5-5 木质素的新用途 88
第6章 生质塑胶(Bioplastic) 91
前 言 92
6-1 将微生物的贮藏物质做成塑胶使用 93
6-2 乳酸菌废弃物的乳酸可做成塑胶 96
6-3 如果制造聚乳酸就要借重化学方法 97
第7章 非木材纸张 101
前 言 102
7-1 稻秆宣纸 102
7-2 可以利用的非木材纤维 103
7-3 废纸制成再生纸 104
7-4 不能做再生纸的废纸纤维的利用 107
7-5 竹纸 108
7-6 洋麻(kenaf)纸 110
7-7 以收获后的香蕉茎部制纸 111
7-8 以蔗渣(bagasse)制纸 113
第8章 做为生质能源受限因素多的海产物 115
前 言 116
8-1 反覆乱捕 116
8-2 海流与海水温 118
8-3 养育海鱼的山上森林 121
8-4 了解海洋生态系的重要性 122
8-5 海产鱼类可做为永续的生质能源利用吗? 122
第9章 几丁质,几丁聚醣 125
前 言 126
9-1 在生物界的分布 127
9-2 几丁质、几丁聚醣制法 128
9-3 几丁聚醣的应用范围 128
第10章 世界各国生质能源之研发情形 133
前 言 134
10-1 未来清洁能源 134
10-2 能源多元化,型式,原料与技术 135
10-3 世界各国开发情况 136
10-4 「绿色汽油」的未来趋势 138
10-5 台湾发展海藻生质能源的意义 139
10-6 生质酒精的研发 152
10-7 生质柴油利用在台湾 155
10-8 其他有关能源问题 156
附录 有关生质能源的报导 161
参考文献 189
推荐序
过去半个世纪,人类毫无节制地大量使用石化燃料,造成地球暖化并导致气候异常,不但危害地球环境与生态,也带来了或大或小的灾难。近年来,部分有志之士开始投入时间与经费,研究并尝试开发各种可再生的干净替代能源,试图让人类对石化能源的依赖减到最低,以期减缓地球环境与气候的持续恶化。
目前较有进展且较为成熟的可再生能源包括风能、太阳能与生质能等,前二者属于工业技术成果,产出以电能为主,具有可稳定量产的优点,但需要较大的资本与设备投入,且最终仍有废弃物需要处理是其缺点。至于生质能源,是一种液态燃油,除了需要广大栽植面积外也需要大量人力,并可能危及粮食供应是其缺点,但它能吸收二氧化碳以减缓地球暖化、并可以增进水土保持功能,而其后续几乎没有污染是其优点,值得我们大力投入,做为未来主要的替代能源。
台湾地小人稠,能源作物栽植面积有限,因此,生质能源发展仍处于起步阶段,比起巴西、美国与欧洲尚差一段距离。多年来,中华生质能源学会不停地鼓吹,我国应在不危及粮食供应的前提下,以成熟的农业生物技术,配合休耕地与废耕地发展优势的生质能源技术,做为拓展境外生质能源产业的基础。据闻,中油公司与味丹等企业已在海外建立滩头堡,台糖公司、台湾菸酒公司也有意加入生质酒精生产行列,或可带动更多企业投入,使生质能源产业在不久的将来,成为我国最具有前景的新产业之一。
本人忝为中华生质能源学会理事长,除了极力引导我国厂商投入生质能源产业外,也多次唿吁政府支持该产业,虽然效果仍属有限,但已跨出了一小步。适逢此时,本会对生质能源产业研究颇有心得、国立台湾大学食品科技研究所兼任教授李锦枫博士,欲将其多年蒐集而来的资料,与日本山梨大学、中国南阳理工学院的名誉教授兔束保之博士的大作《生质能源利用科学》编译为本书,与有志之士分享,是为一大福音。本人相当肯定李教授等的用心,也对他的付出表示感谢,愿在此郑重推荐本书,祈望读者阅读后,对地球的关怀及生质能源的发展,怀抱更高的使命。
中华生质能源学会第13届理事长
林宪秋 博士 谨识
2009年12月 28日
原着者序
Bio的意思是生命、生物,而与其他做复合辞使用。例如以生物为对象的科学就是生物科学(Bioscience)。加工生物生产物,或生物表现各种机能,做为加工技能所利用的工学称为生物技术(Biotechnolegy)。在日本,将生物系全体的科学或工学,都总括简称为Bio。
自从一九八○年代,将被称为生命设计图的基因,以有计画地给予改变的技术做为中心,生物学上的技术迅速发展。这结果,可将基因的一部分给予改变,以人工方式做出自然界的生物所不具有的崭新机能的新型生物。
做为原料的资源,其产量要丰富到能支持人类的日常生活,才会被考虑到加工技术。对加工对象的资源要具有有关的正确技术,其加工过程才不会有浪费。将生物做为资源利用,处理生质能源时,需要求加工技术的合理性,才会逐渐进步。
对生质能源施以加工利用时,不可缺少对全部资源共通的科学的基础认识。首先要确认身边的生质能源的利用、需求状况与以全球性规模来考虑时的生质能源供应量。其次对生质能源所具有的特性要有深入的了解,然后才考虑将其永续利用的技术部分。
在二○○七年,世界的人口已超过六十七亿,光是每天所消费的粮食,就是一笔庞大的数量。其消费的粮食,除了食盐与少量的食品添加物,其余都是人类以外的生物。这些生物,以短暂的利益损失为中心做为加工对象时,就直接连结到世界的粮食不足、生态系破坏,以及环境污染。
植物只要有二氧化碳(CO2)、含有适当的各种盐类浓度的水,还有太阳光,就可进行光合成。更甚者,以光合成产物为出发点生成做为所需的所有物质群,并可留住下一世代,以永续其生命。然而动物只能靠直接食用光合成生产物的植物,或吃食用植物的动物才能活下去。人类为动物的一种,也靠植物以及吃植物维生的动物做为主要粮食存活下去。
生物由繁多种类的分子(具有固有物质特性的最小单位)所构成。假设以人类的手可合成这些众多种类的分子,而将其纳入一个袋子中,也不能将其变成为生物。构成生物的多种类的分子要按照一定的秩序作用,才能观察到生命的现象。很遗憾的是将构成生物的多种类分子给予有秩序的结合的技术尚未成熟。因此,生质能源利用科学的根本,要在加工、消费之前,首先要求对生命现象,能够正确地加以了解,并存有谦虚的探究心。
在本书中,拟将日常生活中忽略的几个科学原理,交叉着对于利用生质能源的技术,加以深入浅出地解说。为了遵守这种解说方式,在文中尽量不使用化学符号(有时会觉得难懂)。但是为了让读者对文中的内容有明确的了解,还是会在图表中出现几个化学符号,还请见谅。
虽然会出现化学符号,但请不必害怕。就像在日常生活中,将电视写成TV,符号是内容简洁化表示的手段,请以轻松的心态阅读即可。考虑对于初次看到化学记号者的立场,在本书中使用对此了解所需事例或比喻来加以解说。要说明物质的世界时,也採用拟人的方法加以记述。
读者也可以将难于理解的部分跳过去先继续阅读,只将自己有兴趣的部分加以阅读,如此相信可对于利用生质能源的科学知识慢慢加深。
日本山梨大学名誉教授
中国河南南阳理工学院名誉教授
兔束保之
二○○七年十二月二十日
译者序
由于产石油国的惜售,再加上全球的石油蕴藏量有限,预测只剩下四十年的用量,因此以石油为首的能源及以其为原料的化工原料亦跟着调涨,影响所及,所有粮食及日用品均在一片涨价声中调高了售价,引起了消费者的恐慌与无奈。据有关单位的报告显示,这七年来国际原油价格已调涨了623.6%之多。
另一方面,世界人口在已开发国家,其增加已趋于缓和,然而开发中国家的人口却持续在增加中。人口的增加以及生活程度的提高带来了粮食的供应不足,为了弥补这个问题,只有粮食增产一途。随着森林的砍伐、荒地的开垦、地球上的植物与人类争地的情形破坏了过去的平衡,以及石化燃料的使用递增,其所排出的二氧化碳也一直增加,遂促使地球温室化产生了异常气候,引起了暴风雨、水灾、干旱等天然灾害。
面临这困境我们要如何自处呢?编译者收到了日本放送大学(空中大学)山梨学习中心所长─兔束保之(Uzuka Yasuyuki)博士原着以及日本共立女子大学大学院教授中泽勇二(Nakazawa Yuzi)博士共同编成的《Bio资源利用科学》一书,经详读后,遂引起将此大作编译以飨台湾读者的念头。经原着者及编成者的同意,执笔编译本书。
该书为了让非理工科背景的读者也能获得生质能源的知识,深入浅出地以比喻、简单的字句将难懂的科学及技术内容加以讲解。因此是一本人人都可借着阅读而获得知识的好书。 因为编译者的专长是食品科技,所以花了不少时间寻找有关资料,并请教这方面的专家,尽量将其难解的部分简化而编译。如果读者对某些部分无法了解,请查阅有关专业书籍,或把该部分跳过去也无妨。读者如能将大众所关心的生质能源问题窥见其一斑,编译者即心满意足了。
本书前面都是将原着者所着内容加以翻译,但后面几章如「几丁质,几丁聚醣」是编译者曾经加以研究的题目,所以特别加述及此。
因为原着所讨论的都是在日本所发生的问题以及其研究情况,为了让读者也能了解台湾以及其他国家的情况,所以在后面特别补述这些问题。台湾在生质能源方面的议题也已在多年前就受到大家的关注,并已有产官学合作研发。因为资料有限,仅就所查到的部分加以整理介绍,尤其是由刚当过原子能委员会核能研究所顾问的汤俊彦博士,提供宝贵的资料,在此谨表十二万分之谢意。因本书涉及的范围甚广,大都超出编译者的专攻范围,且编译者菲才学薄,难免有误谬之处,尚请读者不吝指教。 最后,由衷感谢中华生质能源学会理事长林宪秋博士惠与序文,鼓励本书出版。
李锦枫、林志芳、李华枫
2009年1月
这本书《生质能源利用科学》的出现,简直就是解决了我的一个长期困惑!我一直在思考,随着世界人口的增长和经济的发展,我们对能源的需求只会越来越大,而传统的化石能源又面临着枯竭和污染的双重压力。在这个背景下,寻找新的、可持续的能源就显得尤为迫切。而“生质能源”这个概念,听起来就像是自然界赋予我们的一个解决方案。我非常想知道,这本书是否能为我描绘一幅完整的生质能源利用的图景?它会不会从原料的获取,到转化技术的选择,再到最终产品的应用,进行一个全面的梳理?我尤其关心的是,在实际推广生质能源的过程中,可能会遇到哪些经济上的挑战,或者说,它的成本效益如何?与其他能源形式相比,生质能源的竞争力在哪里?这本书是否会提供一些数据和分析,来论证生质能源在未来能源结构中的重要地位?我希望能从这本书中,不仅仅是了解到科学原理,更能对生质能源的未来发展趋势有一个更宏观、更具前瞻性的认识。
评分哇,我拿到这本书《生质能源利用科学》真是太意外了!其实我一直对那些关于未来能源的出路,尤其是那些听起来很环保、又好像有点神奇的解决方案特别好奇。比如,我最近看新闻,经常听到“生物多样性”这个词,然后又会和“可持续发展”挂钩。我总是在想,我们身边有那么多植物、那么多有机的东西,它们是不是真的蕴藏着巨大的能量?这本书的名字听起来就很有科技感,而且“生质能源”这个词本身就带着一种生命力,让人联想到植物的光合作用,或者是一些我们日常生活中会被丢弃的农业废料,是不是都能被“变废为宝”?我非常期待能在书中找到一些答案,比如,到底是什么样的科学原理,让这些有机物能够转化成我们需要的能源?这个过程会不会很复杂?有没有什么实际的例子可以参考?我希望这本书能够用比较容易理解的方式,为我揭示这个神秘的领域,让我对能源的未来有一个更清晰、更乐观的认识。我最近还听说了一些关于“碳中和”的目标,我觉得如果生质能源真的能大规模应用,那对实现这个目标肯定有巨大的帮助。这本书的封面设计也很有意思,给我一种既严谨又充满活力的感觉,让我对接下来的阅读充满了期待。
评分天呐,我最近刚入手了《生质能源利用科学》这本厚实的书,翻开目录的那一刻,我的脑子就开始飞速运转了。你知道的,我一直对那种能够解决全球性问题的科技特别着迷。想象一下,我们每天产生的垃圾,无论是厨余垃圾还是农作物秸秆,如果它们都能变成源源不断的电力或者清洁的燃料,那该多么酷啊!我一直有个疑问,就是我们吃的那些植物,它们本身是不是就是一种“储存”了太阳能的物质?然后我们再通过一些技术手段,把这些“储存”的能量释放出来?听起来就像是某种高级的“炼金术”一样。我特别想知道,书中会不会详细介绍各种不同种类的生质能源,比如生物乙醇、生物柴油,还有那些通过发酵产生的气体?它们各自有什么优缺点?在实际应用中,又面临着哪些技术上的挑战,或者说,有哪些已经成功的案例可以让我们学习?这本书的排版也做得不错,插图和图表似乎不少,我希望它们能帮助我理解那些复杂的化学反应或者工程流程。我还有个小小的担忧,就是这种能源会不会有什么潜在的负面影响?比如对土地资源的影响,或者在转化过程中会不会产生新的污染物?希望这本书能够全面地解答我的这些疑问。
评分这本书《生质能源利用科学》真的是长了我的见识!我一直以为能源就只有煤炭、石油、天然气,还有就是风电、水电、太阳能这些。但是“生质能源”这个概念,真的像是一扇新世界的大门。我最近在看一些关于环境保护的纪录片,里面经常提到砍伐森林、化石燃料的污染,所以我就在想,有没有一种更温和、更可持续的方式来满足我们的能源需求?这本书的名字让我立刻联想到了大自然的力量,那种生生不息的循环。我很好奇,书中会不会讲到一些我们生活中常见的生物,比如藻类,或者是一些不起眼的微生物,它们是不是也能成为重要的能源来源?我记得以前听过一个说法,说某些海藻可以用来生产生物燃料,我觉得这个想法太有创意了。我希望这本书能够把我带入一个全新的视角,让我看到那些隐藏在身边的“能源宝藏”。它会不会介绍一些不同寻常的生质能源利用方式?比如,有没有可能利用动物粪便来发电?或者利用农业废弃物来生产高质量的生物燃料?这些问题一直萦绕在我脑海里,迫切地想从这本书里找到答案。
评分老实说,我一开始拿到《生质能源利用科学》这本书的时候,以为它会是一本枯燥的学术专著,但当我开始翻阅,特别是看到一些关于“生物质转化技术”的章节时,我被深深吸引了。我一直对那些能够改变世界的技术抱有极大的热情,而生质能源,在我看来,绝对是其中之一。我经常在想,为什么我们不能更有效地利用地球上丰富的生物质资源呢?这其中究竟涉及到哪些关键的科学和工程难题?这本书的标题就直接点明了主题,我希望它能够深入浅出地解释这些技术背后的原理。比如,那些复杂的酶促反应,或者高温裂解的过程,它们是如何将复杂的有机分子分解,然后重新组合成有用的能源载体的?我特别想了解,在将生物质转化为能源的过程中,有哪些环节是可以优化的,哪些是目前技术发展的瓶颈?这本书会不会提供一些前沿的研究动态,或者一些正在试验中的创新技术?我希望它能让我感受到这个领域的活力和潜力,看到人类在利用自然力量方面的智慧和创造力。
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