勞工議題

不讓酒精專美於前的另種新式生質燃料--二甲基呋喃(DMF)／陳文樹

(摘要)

美國威斯康辛大學化學暨生化工程教授--杜梅席克(James Dumesic)領導進行，他們發現到得透過新創的製造過程，生產出一種既不溶於水又不容易揮發，且可更為安全的貯存，名為“DMF”的新燃料。DMF燃燒時產生的熱量，比乙醇多出了將近40%，可望為能源業界帶來極為樂觀的展望，當然需再歷經一段時日，始能邁入商業化的量產，同時這段期間亦需審慎評估新式DMF燃料影響生活環境的層面。

  由於石化能源的儲量逐漸缺少，且終有耗盡之時，將來勢必要改用由農產品製成的生質燃料如乙醇(即酒精，得視需要添加若干比例的水)，以取代石化燃料，而甘蔗、玉米正是最適合用以釀製生質能源的農產物。長久以來，以甘蔗釀製酒精作為車用替代燃料最具成效者，係屬南美國家的巴西，向來係以「足球」和「森巴舞」聞名於世的巴西，在科技成就方面固非甚為知名卓著，但因當地炎熱潮濕的氣候和遼闊廣袤的農地，極宜於種植甘蔗，乃在物產原料充足的利基下，逐步發展出包括產製「酒精燃料」、「酒精車」、「蔗渣肥料」…等多項頗具實用性的應用科技，此一引領全球的成果，得為其每年省下自國外進口石化原料的鉅額費用。 

  至於在近些時期以玉米或甘蔗釀製成另種生質燃料，則是以既能大量生產上述農產品，科技又備極發達昌明的美國最受注目了，美國生化科學界除了亦擁有用農產品釀製出眾所熟悉的乙醇之技術外，今已尚可因製造程序上的改變，產製出效能顯比乙醇為佳的新式生質燃料--二甲基呋喃(dimethylfuran , 簡寫為DMF)，現雖僅是處於試驗階段，但若經證實效用良好的話，預計可在數年內成為上市的商品，逐步取代當前唯一可大量生產並用作為汽車生質燃料的乙醇。

  玉米、甘蔗之能夠被釀製為燃料，乃其成分為長鏈結型態的巨大碳水化合物，從分析玉米和甘蔗的分子結構，可得知主要是由六個碳原子和其他的原子所組成，而汽車引擎可使用、含有碳水化合物分子的燃料，得涵蓋由5~15個碳原子、較碳原子為少的氧原子和其他原子，所共同組成的多項化合物。現階段，多數用於製造乙醇的製程，係先利用酵素以分解農產原料，亦即將澱粉和纖維素分解為葡萄糖，接著再使葡萄糖醱酵，產製成乙醇和二氧化碳。

  由於此一生產程序十分費時，且製成的產品會自大氣中吸入有較多的空氣，以致降低了熱值，因而必須再以蒸餾方式將水分驅逸出去。美國威斯康辛大學對於創造新式燃料之領域業已投注甚多的心力，斯項研究是由該校化學暨生化工程教授--杜梅席克(James Dumesic)領導進行，他們發現到得透過新創的製造過程，生產出一種既不溶於水又不容易揮發，且可更為安全的貯存，名為“DMF”的新燃料。DMF燃燒時產生的熱量，比乙醇多出了將近40%，可望為能源業界帶來極為樂觀的展望，當然需再歷經一段時日，始能邁入商業化的量產，同時這段期間亦需審慎評估新式DMF燃料影響生活環境的層面。

 上述由杜梅席克教授領導的研究小組向媒體表示，他們是應用一種取自微生物的酶，使反應物、即玉米或甘蔗等農產原料的多糖鏈結分解，成為屬於單糖類的果糖。並利用一種酸性催化劑與另一低沸點之溶劑，使果糖轉化為稱作「羥甲基糠醛」(HMF)的中間體。HMF的成分即比果糖少了3個氧原子，且還可再利用一種「銅-釕」(釕、即Ru，在元素週期表為8B族的金屬，原子序為44)化合物的催化劑，將HMF轉化為二甲基呋喃(DMF)，DMF又比HMF減少了2個氧原子，沸點爰可較乙醇高出約攝氏20度，所以可愈趨於純化安穩。DMF具有與現行汽油相當的熱值，因而可愈容易於推廣生産，研究小組成員深信，DMF在未久之後應可商品化，因為它比酒精不易揮發，故可在容器中維持著穩定的液態，並頗易於在引擎中氣化。若是和汽油混合，即以適當的比例添加於汽油品之內，得作為交通運輸工具的替代性生質燃料。

  杜梅席克教授表示，DMF之生産過程有某些部分，係和現前石化業界應用的技術相類似，以致嗣後欲大量生産DMF時，得讓其愈加容易的擴展規模。而且在生産過程，其中的蒸發環節所耗用的能量，僅是產製乙醇時所需耗用於蒸發之能量的三分之一左右。研究小組並曾對於由果糖合成HMF，以及將HMF轉化為DMF的方法做了連串的改良，諸如於最適當的壓力和溫度下，藉由溶劑的萃取和後續的分離技術，明顯增加HMF的生産。此外，投入研究的專業人員亦發現到，固然於製程中加入氯化鈉 (食鹽)即可大量增進萃取HMF的效率，並確能抑止雜質的産生，且因食鹽甚易取得，故過程極為簡便；但氯化鈉在增進HMF産製之時，卻因為氯離子會導致原本使用的催化劑降低效用，致使其在後續製程中，反而對DMF的形成產生干擾。基於此一作用，研究團隊遂再歷經多番嘗試，終於改用銅-釕化合物的催化劑，且經證實具有極符於實用的效能。

   從生物學的觀點以探索，植物原係行使光合作用以製造養分，並輾轉供應為動物之食糧，提供其存活所需的能量。今則再轉化為製成能源的原料，而原來係供作食用的農產於改變基本用途後，則不免會出現食糧作物供不應求、若干地區人畜面臨飢荒挨餓的嚴重問題。日後因食糧不足導致的災害危難，其實倒有可能會大於因能源不足造成的困擾，貧困落後的國家或地區之居民，所將遭逢的災殃又遠大於富裕國家之國民。

   職是之故，乃有人並不樂見發展生質燃料的作為，認為此等將農用土地轉變用以生產燃料之舉，無異於讓富者繼續安度浪費奢華的日子，而貧者卻有因食糧飆漲、淪為餓殍的危虞。所幸，英國科學家亦幾乎於同一時期發表研究報告，指陳以現有的科技能力，不僅可採用玉米、甘蔗，且舉凡液態的棕櫚油或固態的木頭，乃至於含括塑膠袋在內的各種廢棄物，皆可用以轉製成再生燃料，且表示預計在六年內，英國即可從這些原料獲致相當於現行消耗柴油用量的30%。倘真能從石化類下游物品如廢棄塑膠袋，製成再生能源，其效用又將遠高於從農作產品轉製成生質燃料的效益了！