以生物精煉概念探討自海藻經厭氧發酵 產生生質燃料之反應條件

學生姓名: 陳韋辰
指導教授: 潘崇良
學期: 106上
摘　　要: 本報告以海藻為生質原料，經不同的生產條件與方法生產及分析生質乙醇和甲烷產量變化，並以生物精煉概念降低生質能源生產成本。以萃取部分海藻多醣之 Gracilaria corticata var. corticata 和 Sargassum ilicifolium 殘留物 (2%)，以 1% H2SO4 與 121oC 15 min 處理後，經複合海洋細菌誘導之粗酵素液水解 4 天，再以 5% Meyerozyma guilliermondii AY17 KJ754141厭氧發酵 7 天，所得乙醇濃度分別為 1.72% 和 2.74%，產率分別為0.086 g/g 和 0.137 g/g，且 G. corticata var. corticata 與 S. ilicifolium 水解第 4 天時，實驗結果指出有較高之還原糖量，分別為 10.30% 與 11.94%，並以 高效能液相層析 (HPLC) 測得 G. corticata var. corticata 水解液中主要單醣為半乳糖 52% 和葡萄糖 35% ，而S. ilicifolium 水解液中主要為甘露糖 44% 及葡萄糖 42%。
以田口方法分析主要影響還原糖產生因子之最適水解海藻殘留物條件，將不同海藻基質含量、pH 值和總纖維酵素活性帶入田口 L9 分析方法中，實驗結果指出以 15% 經萃取洋菜後之 Gracilaria verrucosa 於加熱溫度 50oC 與 pH 值 4 時，添加 30 U/mL 總纖維素酶水解處理 36 hr，再將 8% Saccharomyces cerevisiae HAU 加入海藻水解液，於 pH 5 和 30oC 下厭氧發酵，發酵至 12 hr 時有最高乙醇濃度為 24.87 g/L，可產生 0.166 g/g 的生質乙醇產率。
4% Chaetomorpha linum 以 3% NaOH 於 121oC 下水解 15 min 後之殘渣，加入 10% Aspergillus awamori 被誘導 8 天之粗酵素液於 45oC 下水解 30 hr，以 薄膜色層分析 (TLC) 和 HPLC 方法分析水解液中之糖類成分，實驗結果顯示水解液中主要單醣為葡萄糖，且測得葡萄糖於乾重 C. linum 碳水化合物中佔 26.2%，另外將水解液接種 10% Saccharomyces cerevisiae 於 28oC 下 2天後，每克乾重海藻水解殘渣可產生出 0.093 g 的生質乙醇，且將水解液、乙醇製程中之殘餘物與活性污泥混合於厭氧消化系統中，每克海藻共可產生 0.26 L/gVS 的生質甲烷，約為 0.19 g 甲烷產量，而此生物精煉方式自 1 g 海藻產生生質乙醇和甲烷後，最終仍有 0.301 g 的廢棄物殘留。
由此得知海藻經萃取高經濟價值之成分，所剩餘之海藻殘留物當中仍含有纖維素0.6% 至 10% 及碳水化合物 3% 至 10%，可做為生質能源之原料，以不同程序水解不同海藻殘留物後，再經由微生物厭氧發酵產生一定含量之生質乙醇，由上述不同製程中可得 0.086 g/g 至 0.166 g/g 的生質乙醇產率，因此實驗結果指出海藻殘留物是可做為產生生質乙醇之原料，可藉此降低生產生質能源之原料成本、增加產品附加價值及減少製程中廢棄物的產生與浪費，達到生物精煉之概念，使生質能源能普及於大眾，取代石化燃料。