【專題探索】甘蔗作為台灣發展酒精能源作物的優勢
蕭耀基、蘇沂婷 (2012/12/10) 《台經月刊第35卷第12期》
Tester等學者定義生質(biomass)為：「所有具有生命的植物及動、植物、人類衍生的有機廢棄物，而其中以植物生產及廢棄物再生利用被認為對環境最為經濟有效」。生質能源主要特徵在於可再生性及本土可及性(domestic availability)。生質分布甚廣，使得更適合應用於分散式能源系統(distributed energy system)。分散式能源系統的特色在於：(1)可充分運用在地特有的豐富天然能源，如陽光、風力、生物等再生能源；(2)有積少成多的特質；(3)在地生產、在地使用、減少傳統集約式能源大廠的傳輸浪費；(4)減少集中式大廠所造成之環境影響與汙染；(5)能源多元化且供需彈性化。更重要的是，可透過整體供需系統的管理與設計機制，提供能源生產及能源節約的各種誘因，進一步促進競爭及效率。
發展甘蔗能源作物在料源供應端的關鍵議題
在台灣以糖質為基質進行發酵以生產酒精的適宜作物有甘蔗與甜高粱。以甘蔗生產糖與酒精已有近百年歷史，有關作物農藝與工場資料齊全並精確，而甜高粱則僅能就有限資料推估。甘蔗的組成分為纖維質15%、糖質15%與水70%；甜高粱的組成分為纖維質18%、糖質11%與水71%。就作物組成分轉換為酒精而言，每100噸甘蔗能產出10,000公升酒精（糖質7,000公升、纖維質3,000公升）；而每100噸甜高粱能產出8,600公升酒精（糖質5,000公升、纖維質3,600公升）。
以酵母菌進行發酵生產酒精之發酵條件係在總糖分約18%之下進行，而上述糖質作物榨汁所得的汁液其總糖分皆在15%以下，在此種汁液的條件很難儲存，在數小時內可能就會酸敗而無法以酵母菌進行發酵。理論上此種汁液若不經過濃縮，則必須以高濃度的糖蜜或糖漿來加以調配，以符合酵母發酵液所需之條件。一般而言，糖質作物在採收後必須在48小時內進入工廠加工製程，故在工廠生產管理，農作物採運工作必須配合工廠產能與狀況，每天提供適量的鮮採作物。
另外，就作物在田間之整體產量與含糖量而言，甘蔗在日照與水量足夠的條件下可快速生長，但在氣候變冷的冬季節才會累積糖分，越此天寒季節則又開始進行生長，生長則會消耗原已累積在植體內的糖分並失重。甘蔗的成熟季節為每年的12月至隔年的4月，成熟後可以留在田地上一段時間等候採收而含糖量不會明顯降低（就經驗數據而言，同一土地比較，早採收的甘蔗產量較高，但含糖量較低）；甜高粱的植期雖然僅需四個月就可以採收，但收割期只有約為半個月，因為甜高粱開始結穗後，莖含水量及含糖量很快降低，因此甜高粱一旦達到成熟期，必須在很短時間採收，否則僅能收成高粱米，莖桿糖質含量低。甘蔗汁所含糖質中，蔗糖占約85%，可以結晶操作，產生固體糖；但甜高粱汁所含蔗糖量甚少，用濃縮方式無法將之以固體糖析出。
故以此兩種作物作為料源，甘蔗可供應的期間為每年的12月至隔年的4月，而甜高粱可供應的期間為每年的12月至隔年的6月；另就工廠操作而言，有可能單獨以甜高粱為原料的機會。就由此兩種作物取汁的可能設備而言，甘蔗的纖維為長而堅韌，但甜高粱卻短而脆，故甘蔗雖可用壓榨機法(Milling)與浸提法(Diffusing)兩種，但甜高粱的輕壓需求卻與甘蔗的重壓需求不同，故若要在同一糖廠共用取汁設備，則僅能採用滲提法。
作物之選擇有其適時、適地、適種性。台灣的氣候4~5月有梅雨，7~8月有颱風，天候造成作物種植與採收之限制，必然影響了作物料源供應的設計。如上所述，如果僅採用甘蔗與甜高粱這兩種作物，每年的7~11月是作物料源供應的缺口，必無法達成工廠全年開工的構想。但如果應用製糖工場煮糖系統的中間產物，如一號蜜與三號蜜，在作物料源供應缺口的期間，以此兩種糖蜜為酒精工場原料，則必能達成酒精工場全年開工的構想（附圖）。
附圖 甘蔗在製糖工廠結晶系統之物質流向
三號蜜俗稱「製糖終蜜Final Molass」，自1946年起即為台糖公司酒精工場之發酵酒精用原料。三號蜜總糖分約55%，錘度約85%，其固質量約為甘蔗糖量之20%，一號號蜜總糖分約70%，錘度約85%，其固質量可在結晶系統中予以調整；此兩者皆能在桶槽中經一年期之儲存。若將原先製糖工場用以回收糖分之結晶系統加以修改，把多餘的一號蜜，其固質量約為甘蔗糖量之20%，作為酒精工場之發酵酒精用原料；經此種設計，必能解決酒精工場全年開工之料源問題。
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