作者：郭致廷 / 編輯：歐陽孚、楊卓儒
在上篇藻類生質能源（三）藻類培養裡，我們介紹了許多常用的藻類養殖系統，而不管是開放式或是密閉式反應器，如何將藻類從水裡分離出來都是目前共有的一大挑戰。藻類收穫的困難之處在於微藻體積很小，僅有數微米的體型使得打撈不易。除此之外，微藻的密度與水相近，不會主動沈澱，更增加了採收難度。因此如何便宜、有效地從水中採集微藻是急需解決的問題。現在常用的採收方法有：
離心法是在實驗室裡最常見的濃縮方式，將藻液置入離心管（瓶）內，利用高速旋轉產生離心力使水中不同密度的物體分離，從而收集濃縮藻液。根據不同的旋轉速度，收集到的藻液含固量可由原本約 0.1%的濃度濃縮成 5%至 25%之間。然而離心法需要輸入大量能量以達到高速旋轉，較不適合應用在以產生能源為目的的製程中。
過濾法就是利用重力或是加壓的方式，強制水透過濾膜，而比濾膜孔徑大的微藻將會留在濾膜的另一端以方便收集。這是目前藻類工廠最常使用的收集方式，過濾後的藻液含固量可達 20~30%左右。然而過濾法最大的困難是濾膜會隨著使用時間變長而漸漸阻塞，因此需要定期更換或清洗濾膜。而利用加壓或真空抽取的方式，也會造成可觀的能量花費，影片中示範了法國藻類養殖場的運作過程，除了收集螺旋藻的部份之外，後面他們將螺旋藻製成義大利麵的過程也很有趣。
絮凝法 Flocculation
絮凝法常見於水處理廠中，加入化學藥劑使水中懸浮顆粒凝聚在一起形成大顆粒而沈降至池底。這項技術同樣也可以應用在微藻收穫裡，加入氯化鋁促使微藻聚合沈澱而方便收集。經由絮凝法所收集到的藻液含固量可達30%。然而購買絮凝劑對大規模培養來說仍然是一項可觀的花費。因此許多專家研究透過改變二氧化碳濃度或是pH值來引發微藻自體絮凝來避免額外支出，但目前僅發現幾株藻種有這種特性，因此還處於研究階段。
懸浮法 Flotation
懸浮法類似絮凝法，也是常用於水處理場裡的去除顆粒技術。懸浮法是由池底導入微小氣泡，在氣泡上升的過程中會一併將微藻帶至水面上。如上圖所示，微藻會在液體表面聚集，之後便可在表面收集這些濃縮後的藻液。懸浮法可以快速的處理大量藻液，然而經由懸浮法所收集的藻液濃度較低，含固量通常不到5%，因此常會與絮凝法並用，使用絮凝劑使微藻聚集為較大的團塊便可更輕易的使這些團塊浮於水面。
其他收集法：
除了上述四種業界常用的收集方式之外，還有許多正在發展的收穫技術，例如之前介紹過的Algaeventure 利用毛細現象設計的雙層濾膜就可以利用極少的能量達到除水的效果。其它還有利用滲透壓除水、或是利用駐波集中微藻再加以收集…等等。這些新技術的共通之處就是盡力減少收穫的能量消耗以求增加能源產出，並且降低成本增加藻類生質燃油的競爭力。各位朋友們也許也可以動動腦，想想看還有什麼方法可以將微藻分離出來，也許哪天你會成為藻類生質燃料的一大推手呢。
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原文為〈DOE offers conditional $133.9M loan guarantee to Abengoa Bioenergy〉於2011年8月22日發佈於《Biofuels Digest》網站，摘要如下：
1. 美國能源部(DOE)同意提供Abengoa Bioenergy1.34億(133.9 million)美金的聯邦貸款，助其興建商業規模的纖維素生質(cellulosic biomass)生質精煉廠(biorefinery)。Abengoa Bioenergy宣佈建廠地點將會是美國堪薩斯州(Kansas)的小鎮Hugoton。
2. 在此之前，Abengoa Bioenergy已經有十年的纖維素酒精技術開發經驗，在Hugoton建廠的相關準備也逾五年。從累積幾千小時的實驗室規模生產經驗開始、再前往內布拉斯加州(Nerbaska)的York郡建立先導試驗設施，而後在西班牙的Salamanca建立示範廠。美國能源部在York時期的開發就對Abengoa Bioenergy投入3千4百萬美金(34 million)，並在2007年時同意提供1億美金以支援Hugoton建廠計畫。除了Abengoa Bioenergy的Hugoton外，DOE還另外挑選了五間生產設施提供補助，以推動第二代生質燃料。
3. Hugoton生質精煉廠的年產量將能夠達到2千3百萬 (23 million) 加侖，並完全供應工廠的電力需求。這項計畫將創造300個工作機會，其中有65個將會是在Hugoton當地的全職工作。
評論與補充：
1. 如同在〈生質能源概論(六)─生質酒精〉裡所提到的，纖維素酒精可以擺脫生質能源與糧爭地的爭議，又可以利用原本被視為農業廢棄物的稻稈、玉米梗，或是纖維素含量較高的作物，然而價格高昂的轉化過程是其一大障礙。近年來陸續有商業規模的纖維素酒精廠開始運轉，原物料種類各異，Abengoa Bioenergy在Hugoton採用的是麥稈，但其他廠商也有玉米梗、木料、甜高粱、等，更多資訊請參考維基百科。
2. Abengoa是從西班牙起家的跨國企業，集團下有近600間子公司，員工超過2萬6000人。除了能源以外，也涉足交通、電信、環境工程…等。在Hugoton的生質精煉廠之前，該集團的太陽能事業部Abengoa Solar就曾於2010年7月獲得14.5億美金的美國政府貸款，供其在亞利桑那州(Arizona)興建名為Solana Generating Station的太陽能發電站。
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作者：歐陽孚
《前言》
我們《生質能源趨勢》的專欄文章，旨在藉著提供經過整理與消化後的資訊，協助讀者們快速了解生質能源的特定主題。前幾回專欄大致勾勒出了生質能源的背景與範疇，然而有些讀者還是對生質能源在日常生活的應用面感到疑惑。其實舉個最簡單的例子，通常在一般的加油站，我們都可以看到生質燃料的蹤影，幾十年來汽車工業也早已為生質能源的應用做出了許多改變。因此這次新的專欄，就讓我們來聊聊《汽車與生質燃料》，一起看看生質能源如何影響我們的生活吧！
剛來到美國時，我對於加油站內汽油的名稱很納悶，因為台灣加油站販售的油品是：92無鉛、95無鉛與98無鉛三種級別的汽油，但美國這裡的則是：87 (Regular)、89 (Plus)、與93 (Premium)。中學課本教我們汽油名稱的數值代表抗爆震程度，數值越高代表抗爆震程度越高。而美國汽油的數值低了一截，難道是因為美國車商與車主對於爆震比較不在乎嗎？
爆震(Knocking)與辛烷值(Octane Number)
要討論這個問題，首先需從何謂引擎爆震與辛烷值談起。引擎工作週期的四個動作(行程)依序為：進氣、壓縮、點火(或稱「爆炸」)、排氣，然而在「點火」行程開始之前，如果「壓縮」行程帶來的高壓使得油氣自燃，就會產生不正常的爆炸與震動，這就是所謂的爆震(Knocking)。由於爆震會造成引擎結構損害，因此如何改良油品成分以降低爆震程度便是提升汽車性能的一大課題。
為了定義爆震程度，工程師定義「辛烷值」並以其作為測量標準。這個標準將爆震現象很小的液體燃料異辛烷的辛烷值定為100，爆震現象很嚴重的正庚烷則定為0。如果有一種燃料其爆震程度相當於60%的異辛烷與40%的正庚烷混和的效果，那麼其辛烷值就是60。但辛烷值的數值並不侷限於0~100，例如：正辛烷的數值小於0、甲苯則高於100。所謂「92無鉛汽油」就是辛烷值為92、不含有鉛添加劑的汽油。
辛烷值測定方式
定義了單位，還需要定義測量方式。就像是用水銀溫度計測「體溫」一樣，口腔、腋下的數值都可以反映人體的溫度，但同一時間這兩處的溫度在溫度計上的讀數卻略顯不同。幾種重要的辛烷值量測法簡介如下：
研究法(Research Octane Number, RON)：研究法注重的是試驗引擎在中、低轉速時，油品的抗爆震表現。台灣與世界上的大多數國家都採用此種方式。
馬達法(Motor Octane Number, MON)：馬達法測量的是試驗引擎於高轉速或高荷重的抗爆震表現。一般而言，同一油品 MON的數值會低於RON。
抗爆指數(Anti-Knock Index, AKI)：取RON與MON的平均，也就是(R + M)/2，以綜合考量油品於不同引擎工作條件下的抗爆震表現。採用此種方法的國家有：美國、加拿大、巴西…等。
因此我們可以清楚看到，汽油名稱內數值的差異其實來自於計算基準的不同。AKI：87、89、91、93的油品，分別相當於RON的91、93、95、98。
選用適合的燃料
一般而言，選用汽車使用手冊內建議的油品就可以了，不需要特別追求較高的RON或是AKI數值。通常高轉速、高扭力的性能車建議使用高指數的油品，是因為它們的引擎壓縮比較一般車輛來得高，一般車輛加入這些油品不但無法發揮它們的效能，反而會因為達不到理想的壓縮比造成燃燒不完全、徒增空氣汙染，實際助益不大。台灣各個加油通常都提供92、95、98三種汽油，然而美國並不是所有加油站都提供87、89、93。在洛磯山脈(Rocky Mountain)地區的加油站，通常最高只能買到91汽油，而最低卻可以看到85。這是因為在高海拔地區空氣較為稀薄，引擎在「進氣」行程所能夠吸進的空氣較少，在每個工作週期內要達到完全燃燒所需消耗的汽油降低，因此平地應該使用87汽油的化油器汽車，在高山地區使用85完全沒有問題。
E85汽油不等於85汽油
近年來在美國推動生質燃料的浪潮下，許多加油站開始販售「E85酒精汽油」，E85指的是每一單位的燃料內，有85%是酒精(ethanol)、剩下的15%則是汽油，因此此處的85並非AKI指數，而是酒精含量；實際上E85汽油的AKI約在94到96之間，比起一般Premium等級的汽油有更好的抗爆震表現。需要注意的是：如果是低酒精含量的酒精汽油，例如台灣目前推行的E3汽油，不需要使用特別的引擎，一般車輛即可以完全相容，事實上美國許多加油站的一般汽油也已經摻入少量酒精，因此低含量酒精汽油是相當常見的燃料；但是到了E85這種高含量酒精汽油時，由於汽油的燃燒表現大部分取決於酒精而非汽油，引擎需要特殊構造才能適應，因此一般車輛如果誤加E85酒精汽油，會嚴重損害引擎，不可不慎。
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作者：郭致廷 / 編輯：歐陽孚、楊卓儒
在前一篇藻類生質能源（二）中，我們介紹了幾種生質燃料裡常用的藻類。 然而不論擁有多麼優良的藻種，若沒有適當的培養環境，仍然無法順利大規模量產藻類。尤其依目前技術，培養藻類所需的成本約佔總成本的50%。如何以工程的方法，大量培養藻類並降低養殖成本是目前藻類培養工程中的一大難題。
在藻類生質能源（一）裡有稍微介紹過藻類培養該注意的地方，這次我們將更深入為讀者們介紹大規模藻類培養的重點。第一：提供良好的生長環境。 藻類生長需要陽光、二氧化碳，與適當的營養源如：氮、磷化物。然而這些元素並非越多越好，例如光照、光強不夠時，藻類就會生長緩慢，但是光強過高時(例如正午時刻的陽光)，也會抑制藻類生長。同樣情形也適用於二氧化碳與營養鹽濃度，重要的是適量，因此增加了大型培養時控制這些因子的難度。第二：防止培養環境被其他微生物入侵。這點在大規模養殖時尤其困難。當製造出適合藻類生長的優良環境後，通常代表也適合其他微生物生長，因此一旦被入侵之後，對營養源的競爭就會影響到藻類的生長。第三：成本考量，前面提到了許多需要被控制的因子，然而在成本的限制下，很難全面照顧周全。因此如何在維持藻類生長速度以及降低成本之間做平衡就是藻類培養養殖工程師的最大考驗。接下來我們將介紹目前幾種正在被業界使用或是大規模測試的養殖方式。
一、開放式培養：
1.圓池式開放養殖
這段影片是台灣遠東生技公司接受新加坡電視台的專訪影片，影片中3:29所示即為 藻類圓形養殖池。圓形池子有利均勻地混合藻類與水、防止藻體沉澱，讓藻類可以平均地接受日照。池中養殖的藻種主要為螺旋藻，螺旋藻因生長在鹼性環境裡，較不易受到外來微生物污染，因此常用於開放式養殖。
2.跑道式養殖池(Raceway Pond)
圖中為美國Seambiotic公司的跑道式養殖池，僅利用水車促使水流在跑道式養殖池裡流動。其優點為能量輸入更少，僅需提供水車轉動的電量即可。而且跑道式的設計比圓形池能更妥善利用空間。然而缺點也是因僅依靠水車轉動，攪拌不像圓形池均勻。
3.藻輪（Algaewheel）
之前介紹過的AlgaeWheel也是一種開放式的養殖方式。圖中的實驗廠位於美國印第安納州，圖中溫室的主要功能為抵禦該地區冬季的酷寒，讓藻類在寒冷的冬天也能生長，並非防止其他微生物入侵。由輪底輸入氣泡造成藻輪轉動，因此附著於藻輪表面的藻體可以適當的接受陽光。當然曝氣(意思為「讓藻類與氣體接觸」)需要的能量會比轉動跑道池的水車還要多，但是AlgaeWheel同時兼具處理廢水以及產生生質燃料的功能，因此可以額外獲利，相比之下不一定吃虧。
二、密閉式反應器
1.高密度直立式培養系統（High Density Vertical Growth System）
圖為Valcent公司在墨西哥建立的高密度直立式培養系統（High Density Vertical Growth System），利用塑膠材料製成立體懸掛式的封閉型培養反應器。懸掛直立式可以更妥善的利用空間與光線，塑膠材料降低了密閉式反應器的成本，個體式的培養袋也可減少被外來微生物污染的危害。然而需要個別曝氣來進行攪拌也造成較高能量花費，直立式懸掛則需考慮培養袋之間互相屏蔽的問題。
2.、管式光反應器
影片由加州的Biocentric公司所上傳，在地上的曲折管子就是他們的密閉式反應器，因為加州氣候炎熱，影片裡正在撒水降溫。密閉式反應器的缺點之一就是藻類可能會附著於反應器內側，因此光線無法穿透進入反應器內部而被有效利用，而且在密閉環境裡，光合作用產生的氧氣會累積在反應器中並且抑制藻類生長，因此在該公司上傳的其他影片裡有提到，他們將塑膠球放進管狀反應器中，讓球在管內移動，清理管壁並且將氧氣擠出。在影片中宣稱400平方公尺的反應管，每天可以生產38公升的藻油，也就是一公頃一年約可生產30萬公升的藻油。這個數字超出一般反應器十倍左右，因此我個人持保留態度。
本文共介紹了開放式反應器3種、密閉式反應器2種，希望給各位讀者一些粗略的認識，如本文開頭所述，藻類養殖是在成本與反應環境之間取得最佳平衡，因此往往需要因地制宜，以利用當地環境的長處(例：陽光)並彌補短處(例：低溫)，當然實際上反應器有更多種形式，這裡只是列出我比較常見的，如果有其他讀者們認為應該補充介紹的形式，也歡迎與我聯絡：bioenergytoday@gmail.com。
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BET的上一篇文章：[新聞] 美國參議員就取消乙醇補助達成協議 中有提到，許多人認為生質燃料產業的蓬勃發展，是間接造成了糧食價格上升進而引發糧食危機的元兇。這點往往也是反對生質能源者用以攻擊生質能源產業的主要論點。
然而，就在最近美國農業部(USDA, U.S. Department of Agriculture) 和 可再生能源組織 (RFA, Renewable Fuel Association) 不約而同提出了統計報告，指出生質能源的發展和糧食價格上漲並沒有顯著的關係。
原文刊載在RFA的網站，標題是“New analysis continues to disprove food v. fuel canard"
文章的提出幾點關鍵的分析基礎，整理如下：
1. 就往年的數據來看，同年玉米的價格和糧食價格沒有明顯關係。分析報告指出玉米的價格對糧食方面的消費者物價指數(Food Consumer Price Index)來說，是一個相對不重要的變數。
2. 根據統計，在美國糧食的總成本中，農產原物料的價值(Farm value)從1973年的37%降到目前的16%，剩餘的成本都是所謂的行銷成本(Marketing bill)，包括人力、包裝、運輸、宣傳及廠商本身的獲利。報告同時指出，逐年增加的行銷成本以及通貨膨脹等因素對糧食價格的上漲有更為顯著的影響。
3. 歷年的玉米價格和肉、蛋、牛奶與其他日用品價格沒有顯著的相對關係，因此報告認為不應該將玉米價格上漲視為糧食價格上漲的主要因素。
4. 報告同時指出即使生質酒精的原料是玉米，生質酒精本身並不是影響玉米價格的唯一因素。玉米和其他農作物一樣，舉凡天氣條件、美元的走勢、外銷的需求…等等，都是影響玉米價格的重要因素。
評論與補充：
最近除了歐洲債信風暴之外，國外的幾個重要媒體也有提到全球糧食危機再現的可能性：從2010年10月到2011年1月，糧食的價格上漲了15%。(值得一提的是，2010年玉米的價格暴漲了52%)
關於糧食危機的元兇，各個專家都有不同的說法，其中生質能源的發展也常常被認為是糧食價格飛漲的一個重要因素。USDA和RFA在這個時間點提出報告，頗有希望澄清誤會的意味。
RFA這個組織成立的目的，請各位參考關於RFA。簡單來說，該組織是以促進酒精燃料產業的發展為目標所成立的。有趣的是，這項報告雖然是由Informa Economics所發表，但其實這是由RFA委託該組織所做的統計報告，因此研究的出發點或許便是要為生質酒精作辯護，而玉米酒精目前仍然是美國生質酒精產業的主力。
另外一方面，美國農業部USDA同時也是生質酒精的擁護者。原因是酒精用玉米的價格較一般用途的玉米為高 ，為了農民的利益以及農村文化的維護，USDA自然也是站在為生質酒精辯護的一方。
說明以上組織的立場並不是表示我認為這兩份報告不足以採信，點出報告單位的背景是希望提醒讀者這只是其中一個立場的觀點，讀者可以多方收集資訊後，以更加客觀的角度來看這件事情。
幾個延伸閱讀，對於糧食危機或是報告原文有興趣的讀者請參閱以下資料。
兩個講述糧食危機的中文網站：
全球糧食危機背後的黑手
兇手是誰？─經濟自由主義下的糧食危機與國際援助中的虛幻承諾
BioEnergyToday 生質能源趨勢 
