探討21世紀的環境、資源、能源等各種問題。
日本的生質能源供需狀況。
生質能源是什麼?其生産量由什麼要因決定?
植物性生質能源的基本構造與化學特性。
木質縴維的化學資源化的趨勢。
生物塑膠(bio-plastics)是什麼?
非木材紙是什麼?
魚類做為生質能源的限製。
颱灣生質能源的發展與研究。
颱灣與世界的有關生質能源的相關資料。
本書適閤做為大專院校通識教育及空中大學的教科書及參考書。
本書也適閤當成一般讀者對生質能源增加認識的入門書。
作者簡介
兔束保之
日本東北大學農學博士
日本山梨大學名譽教授
中國南陽理工學院名譽教授
日本放送大學山梨學院中心所長
編輯協助∕中澤勇二
日本東北大學農學博士
日本共立女子大學名譽教授
日本放送大學客員教授
編譯者簡介
李錦楓
颱灣大學農化係畢業
美國猶他大學植物營養與生化係碩士
美國維斯康辛大學食品科學係博士
曾任∕
颱灣省菸酒公賣局酒廠、菸酒研究室技士
美國維斯康辛大學研究員
食品工學發展研究所正研究員兼副所長
現任∕颱灣大學食科所兼任教授、名譽教授
李華楓
成功大學會計統計係畢業
曾任∕味全公司會計課經理
現任∕某民間公司總經理
林誌芳
颱灣大學食品科技研究所博士
颱灣大學食品科技研究所碩士
曾任∕緻遠管理學院餐旅管理學係助理教授
現任∕國立金門大學食品科學係助理教授
編譯監修者簡介
鄭水淋
颱灣大學農化係畢業
日本東北大學農化係研究
曾任∕味全食品公司研究室主任、總廠長、副總經理
現任∕某民間企業總經理
林 序 i
原著者序 iii
編譯者序 vii
第1章 如何處理二十一世紀的環境、資源、能量等問題 1
前 言 2
1-1 地球在物質上為閉鎖係統,但在能量上為開放係 2
1-2 分散的資源要將其凝聚即需要能量(energy) 2
1-3 凝聚者要給予秩序,也要能量 3
1-4 對於確保資源想法的變化 3
1-5 使用太陽能凝聚秩序化的模式(model)就是光閤成 4
1-6 以光閤成生成有秩序分子的葡萄糖及澱粉 8
1-7 化學工廠的閤成反應與生物做成的生體內化學反應有何差異? 9
1-8 生質能源與人類的關係 10
1-9 地球暖化與空氣中的CO2濃度 11
1-10 現在為什麼生質能源被關注? 12
1-11 生物會自發性留下子孫的生質能源,每年可有新收獲 13
1-12 生質能源利用科學的持續發展 14
1-13 引導科學閤理性來利用生質能源 14
第2章 日本的生質能源供需狀況 15
前 言 16
2-1 木材的供需狀況 20
2-2 紙張、紙漿(pulp)的供需狀況 26
2-3 生質係衣料資源的需求狀況 27
第3章 生質能源生産量由什麼因素決定 31
前 言 32
3-1 生質能源的生産與能量(energy) 32
3-2 植物的純一次生産力(Net Primary Productivity; NPP) 34
3-3 地球上的生質能源生産量 42
3-4 到將來都可能利用的生質能源是什麼? 44
第4章 植物係生質能源的基本構造與化學特性 49
前 言 50
4-1 構成生質能源的原子與分子 50
4-2 葡萄糖分子的構造 56
第5章 木質縴維素的化學資源化趨勢 69
前 言 70
5-1 將木質縴維素熱流動性化製成塑膠 70
5-2 將木質素分離縴維素、半縴維素 75
5-3 將縴維素化學修飾開發新用途 77
5-4 加水分解縴維素、半縴維素做為糖資源 78
5-5 木質素的新用途 88
第6章 生質塑膠(Bioplastic) 91
前 言 92
6-1 將微生物的貯藏物質做成塑膠使用 93
6-2 乳酸菌廢棄物的乳酸可做成塑膠 96
6-3 如果製造聚乳酸就要藉重化學方法 97
第7章 非木材紙張 101
前 言 102
7-1 稻稈宣紙 102
7-2 可以利用的非木材縴維 103
7-3 廢紙製成再生紙 104
7-4 不能做再生紙的廢紙縴維的利用 107
7-5 竹紙 108
7-6 洋麻(kenaf)紙 110
7-7 以收獲後的香蕉莖部製紙 111
7-8 以蔗渣(bagasse)製紙 113
第8章 做為生質能源受限因素多的海産物 115
前 言 116
8-1 反覆亂捕 116
8-2 海流與海水溫 118
8-3 養育海魚的山上森林 121
8-4 瞭解海洋生態係的重要性 122
8-5 海産魚類可做為永續的生質能源利用嗎? 122
第9章 幾丁質,幾丁聚醣 125
前 言 126
9-1 在生物界的分布 127
9-2 幾丁質、幾丁聚醣製法 128
9-3 幾丁聚醣的應用範圍 128
第10章 世界各國生質能源之研發情形 133
前 言 134
10-1 未來清潔能源 134
10-2 能源多元化,型式,原料與技術 135
10-3 世界各國開發情況 136
10-4 「綠色汽油」的未來趨勢 138
10-5 颱灣發展海藻生質能源的意義 139
10-6 生質酒精的研發 152
10-7 生質柴油利用在颱灣 155
10-8 其他有關能源問題 156
附錄 有關生質能源的報導 161
參考文獻 189
推薦序
過去半個世紀,人類毫無節製地大量使用石化燃料,造成地球暖化並導緻氣候異常,不但危害地球環境與生態,也帶來瞭或大或小的災難。近年來,部分有誌之士開始投入時間與經費,研究並嘗試開發各種可再生的乾淨替代能源,試圖讓人類對石化能源的依賴減到最低,以期減緩地球環境與氣候的持續惡化。
目前較有進展且較為成熟的可再生能源包括風能、太陽能與生質能等,前二者屬於工業技術成果,産齣以電能為主,具有可穩定量産的優點,但需要較大的資本與設備投入,且最終仍有廢棄物需要處理是其缺點。至於生質能源,是一種液態燃油,除瞭需要廣大栽植麵積外也需要大量人力,並可能危及糧食供應是其缺點,但它能吸收二氧化碳以減緩地球暖化、並可以增進水土保持功能,而其後續幾乎沒有汙染是其優點,值得我們大力投入,做為未來主要的替代能源。
颱灣地小人稠,能源作物栽植麵積有限,因此,生質能源發展仍處於起步階段,比起巴西、美國與歐洲尚差一段距離。多年來,中華生質能源學會不停地鼓吹,我國應在不危及糧食供應的前提下,以成熟的農業生物技術,配閤休耕地與廢耕地發展優勢的生質能源技術,做為拓展境外生質能源産業的基礎。據聞,中油公司與味丹等企業已在海外建立灘頭堡,颱糖公司、颱灣菸酒公司也有意加入生質酒精生産行列,或可帶動更多企業投入,使生質能源産業在不久的將來,成為我國最具有前景的新産業之一。
本人忝為中華生質能源學會理事長,除瞭極力引導我國廠商投入生質能源産業外,也多次呼籲政府支持該産業,雖然效果仍屬有限,但已跨齣瞭一小步。適逢此時,本會對生質能源産業研究頗有心得、國立颱灣大學食品科技研究所兼任教授李錦楓博士,欲將其多年蒐集而來的資料,與日本山梨大學、中國南陽理工學院的名譽教授兔束保之博士的大作《生質能源利用科學》編譯為本書,與有誌之士分享,是為一大福音。本人相當肯定李教授等的用心,也對他的付齣錶示感謝,願在此鄭重推薦本書,祈望讀者閱讀後,對地球的關懷及生質能源的發展,懷抱更高的使命。
中華生質能源學會第13屆理事長
林憲鞦 博士 謹識
2009年12月 28日
原著者序
Bio的意思是生命、生物,而與其他做復閤辭使用。例如以生物為對象的科學就是生物科學(Bioscience)。加工生物生産物,或生物錶現各種機能,做為加工技能所利用的工學稱為生物技術(Biotechnolegy)。在日本,將生物係全體的科學或工學,都總括簡稱為Bio。
自從一九八○年代,將被稱為生命設計圖的基因,以有計畫地給予改變的技術做為中心,生物學上的技術迅速發展。這結果,可將基因的一部分給予改變,以人工方式做齣自然界的生物所不具有的嶄新機能的新型生物。
做為原料的資源,其産量要豐富到能支持人類的日常生活,纔會被考慮到加工技術。對加工對象的資源要具有有關的正確技術,其加工過程纔不會有浪費。將生物做為資源利用,處理生質能源時,需要求加工技術的閤理性,纔會逐漸進步。
對生質能源施以加工利用時,不可缺少對全部資源共通的科學的基礎認識。首先要確認身邊的生質能源的利用、需求狀況與以全球性規模來考慮時的生質能源供應量。其次對生質能源所具有的特性要有深入的瞭解,然後纔考慮將其永續利用的技術部分。
在二○○七年,世界的人口已超過六十七億,光是每天所消費的糧食,就是一筆龐大的數量。其消費的糧食,除瞭食鹽與少量的食品添加物,其餘都是人類以外的生物。這些生物,以短暫的利益損失為中心做為加工對象時,就直接連結到世界的糧食不足、生態係破壞,以及環境汙染。
植物隻要有二氧化碳(CO2)、含有適當的各種鹽類濃度的水,還有太陽光,就可進行光閤成。更甚者,以光閤成産物為齣發點生成做為所需的所有物質群,並可留住下一世代,以永續其生命。然而動物隻能靠直接食用光閤成生産物的植物,或吃食用植物的動物纔能活下去。人類為動物的一種,也靠植物以及吃植物維生的動物做為主要糧食存活下去。
生物由繁多種類的分子(具有固有物質特性的最小單位)所構成。假設以人類的手可閤成這些眾多種類的分子,而將其納入一個袋子中,也不能將其變成為生物。構成生物的多種類的分子要按照一定的秩序作用,纔能觀察到生命的現象。很遺憾的是將構成生物的多種類分子給予有秩序的結閤的技術尚未成熟。因此,生質能源利用科學的根本,要在加工、消費之前,首先要求對生命現象,能夠正確地加以瞭解,並存有謙虛的探究心。
在本書中,擬將日常生活中忽略的幾個科學原理,交叉著對於利用生質能源的技術,加以深入淺齣地解說。為瞭遵守這種解說方式,在文中盡量不使用化學符號(有時會覺得難懂)。但是為瞭讓讀者對文中的內容有明確的瞭解,還是會在圖錶中齣現幾個化學符號,還請見諒。
雖然會齣現化學符號,但請不必害怕。就像在日常生活中,將電視寫成TV,符號是內容簡潔化錶示的手段,請以輕鬆的心態閱讀即可。考慮對於初次看到化學記號者的立場,在本書中使用對此瞭解所需事例或比喻來加以解說。要說明物質的世界時,也採用擬人的方法加以記述。
讀者也可以將難於理解的部分跳過去先繼續閱讀,隻將自己有興趣的部分加以閱讀,如此相信可對於利用生質能源的科學知識慢慢加深。
日本山梨大學名譽教授
中國河南南陽理工學院名譽教授
兔束保之
二○○七年十二月二十日
譯者序
由於産石油國的惜售,再加上全球的石油蘊藏量有限,預測隻剩下四十年的用量,因此以石油為首的能源及以其為原料的化工原料亦跟著調漲,影響所及,所有糧食及日用品均在一片漲價聲中調高瞭售價,引起瞭消費者的恐慌與無奈。據有關單位的報告顯示,這七年來國際原油價格已調漲瞭623.6%之多。
另一方麵,世界人口在已開發國傢,其增加已趨於緩和,然而開發中國傢的人口卻持續在增加中。人口的增加以及生活程度的提高帶來瞭糧食的供應不足,為瞭彌補這個問題,隻有糧食增産一途。隨著森林的砍伐、荒地的開墾、地球上的植物與人類爭地的情形破壞瞭過去的平衡,以及石化燃料的使用遞增,其所排齣的二氧化碳也一直增加,遂促使地球溫室化産生瞭異常氣候,引起瞭暴風雨、水災、乾旱等天然災害。
麵臨這睏境我們要如何自處呢?編譯者收到瞭日本放送大學(空中大學)山梨學習中心所長─兔束保之(Uzuka Yasuyuki)博士原著以及日本共立女子大學大學院教授中澤勇二(Nakazawa Yuzi)博士共同編成的《Bio資源利用科學》一書,經詳讀後,遂引起將此大作編譯以饗颱灣讀者的念頭。經原著者及編成者的同意,執筆編譯本書。
該書為瞭讓非理工科背景的讀者也能獲得生質能源的知識,深入淺齣地以比喻、簡單的字句將難懂的科學及技術內容加以講解。因此是一本人人都可藉著閱讀而獲得知識的好書。 因為編譯者的專長是食品科技,所以花瞭不少時間尋找有關資料,並請教這方麵的專傢,盡量將其難解的部分簡化而編譯。如果讀者對某些部分無法瞭解,請查閱有關專業書籍,或把該部分跳過去也無妨。讀者如能將大眾所關心的生質能源問題窺見其一斑,編譯者即心滿意足瞭。
本書前麵都是將原著者所著內容加以翻譯,但後麵幾章如「幾丁質,幾丁聚醣」是編譯者曾經加以研究的題目,所以特彆加述及此。
因為原著所討論的都是在日本所發生的問題以及其研究情況,為瞭讓讀者也能瞭解颱灣以及其他國傢的情況,所以在後麵特彆補述這些問題。颱灣在生質能源方麵的議題也已在多年前就受到大傢的關注,並已有産官學閤作研發。因為資料有限,僅就所查到的部分加以整理介紹,尤其是由剛當過原子能委員會核能研究所顧問的湯俊彥博士,提供寶貴的資料,在此謹錶十二萬分之謝意。因本書涉及的範圍甚廣,大都超齣編譯者的專攻範圍,且編譯者菲纔學薄,難免有誤謬之處,尚請讀者不吝指教。 最後,由衷感謝中華生質能源學會理事長林憲鞦博士惠與序文,鼓勵本書齣版。
李錦楓、林誌芳、李華楓
2009年1月
老實說,我一開始拿到《生質能源利用科學》這本書的時候,以為它會是一本枯燥的學術專著,但當我開始翻閱,特彆是看到一些關於“生物質轉化技術”的章節時,我被深深吸引瞭。我一直對那些能夠改變世界的技術抱有極大的熱情,而生質能源,在我看來,絕對是其中之一。我經常在想,為什麼我們不能更有效地利用地球上豐富的生物質資源呢?這其中究竟涉及到哪些關鍵的科學和工程難題?這本書的標題就直接點明瞭主題,我希望它能夠深入淺齣地解釋這些技術背後的原理。比如,那些復雜的酶促反應,或者高溫裂解的過程,它們是如何將復雜的有機分子分解,然後重新組閤成有用的能源載體的?我特彆想瞭解,在將生物質轉化為能源的過程中,有哪些環節是可以優化的,哪些是目前技術發展的瓶頸?這本書會不會提供一些前沿的研究動態,或者一些正在試驗中的創新技術?我希望它能讓我感受到這個領域的活力和潛力,看到人類在利用自然力量方麵的智慧和創造力。
评分這本書《生質能源利用科學》的齣現,簡直就是解決瞭我的一個長期睏惑!我一直在思考,隨著世界人口的增長和經濟的發展,我們對能源的需求隻會越來越大,而傳統的化石能源又麵臨著枯竭和汙染的雙重壓力。在這個背景下,尋找新的、可持續的能源就顯得尤為迫切。而“生質能源”這個概念,聽起來就像是自然界賦予我們的一個解決方案。我非常想知道,這本書是否能為我描繪一幅完整的生質能源利用的圖景?它會不會從原料的獲取,到轉化技術的選擇,再到最終産品的應用,進行一個全麵的梳理?我尤其關心的是,在實際推廣生質能源的過程中,可能會遇到哪些經濟上的挑戰,或者說,它的成本效益如何?與其他能源形式相比,生質能源的競爭力在哪裏?這本書是否會提供一些數據和分析,來論證生質能源在未來能源結構中的重要地位?我希望能從這本書中,不僅僅是瞭解到科學原理,更能對生質能源的未來發展趨勢有一個更宏觀、更具前瞻性的認識。
评分這本書《生質能源利用科學》真的是長瞭我的見識!我一直以為能源就隻有煤炭、石油、天然氣,還有就是風電、水電、太陽能這些。但是“生質能源”這個概念,真的像是一扇新世界的大門。我最近在看一些關於環境保護的紀錄片,裏麵經常提到砍伐森林、化石燃料的汙染,所以我就在想,有沒有一種更溫和、更可持續的方式來滿足我們的能源需求?這本書的名字讓我立刻聯想到瞭大自然的力量,那種生生不息的循環。我很好奇,書中會不會講到一些我們生活中常見的生物,比如藻類,或者是一些不起眼的微生物,它們是不是也能成為重要的能源來源?我記得以前聽過一個說法,說某些海藻可以用來生産生物燃料,我覺得這個想法太有創意瞭。我希望這本書能夠把我帶入一個全新的視角,讓我看到那些隱藏在身邊的“能源寶藏”。它會不會介紹一些不同尋常的生質能源利用方式?比如,有沒有可能利用動物糞便來發電?或者利用農業廢棄物來生産高質量的生物燃料?這些問題一直縈繞在我腦海裏,迫切地想從這本書裏找到答案。
评分哇,我拿到這本書《生質能源利用科學》真是太意外瞭!其實我一直對那些關於未來能源的齣路,尤其是那些聽起來很環保、又好像有點神奇的解決方案特彆好奇。比如,我最近看新聞,經常聽到“生物多樣性”這個詞,然後又會和“可持續發展”掛鈎。我總是在想,我們身邊有那麼多植物、那麼多有機的東西,它們是不是真的蘊藏著巨大的能量?這本書的名字聽起來就很有科技感,而且“生質能源”這個詞本身就帶著一種生命力,讓人聯想到植物的光閤作用,或者是一些我們日常生活中會被丟棄的農業廢料,是不是都能被“變廢為寶”?我非常期待能在書中找到一些答案,比如,到底是什麼樣的科學原理,讓這些有機物能夠轉化成我們需要的能源?這個過程會不會很復雜?有沒有什麼實際的例子可以參考?我希望這本書能夠用比較容易理解的方式,為我揭示這個神秘的領域,讓我對能源的未來有一個更清晰、更樂觀的認識。我最近還聽說瞭一些關於“碳中和”的目標,我覺得如果生質能源真的能大規模應用,那對實現這個目標肯定有巨大的幫助。這本書的封麵設計也很有意思,給我一種既嚴謹又充滿活力的感覺,讓我對接下來的閱讀充滿瞭期待。
评分天呐,我最近剛入手瞭《生質能源利用科學》這本厚實的書,翻開目錄的那一刻,我的腦子就開始飛速運轉瞭。你知道的,我一直對那種能夠解決全球性問題的科技特彆著迷。想象一下,我們每天産生的垃圾,無論是廚餘垃圾還是農作物秸稈,如果它們都能變成源源不斷的電力或者清潔的燃料,那該多麼酷啊!我一直有個疑問,就是我們吃的那些植物,它們本身是不是就是一種“儲存”瞭太陽能的物質?然後我們再通過一些技術手段,把這些“儲存”的能量釋放齣來?聽起來就像是某種高級的“煉金術”一樣。我特彆想知道,書中會不會詳細介紹各種不同種類的生質能源,比如生物乙醇、生物柴油,還有那些通過發酵産生的氣體?它們各自有什麼優缺點?在實際應用中,又麵臨著哪些技術上的挑戰,或者說,有哪些已經成功的案例可以讓我們學習?這本書的排版也做得不錯,插圖和圖錶似乎不少,我希望它們能幫助我理解那些復雜的化學反應或者工程流程。我還有個小小的擔憂,就是這種能源會不會有什麼潛在的負麵影響?比如對土地資源的影響,或者在轉化過程中會不會産生新的汙染物?希望這本書能夠全麵地解答我的這些疑問。
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