講者介紹

中央研究院化學所羅芬臺研究員,於1980年取得國立清華大學化學碩士後赴美國普渡大學化學系,其跟隨甫於2010年榮獲諾貝爾化學獎的根岸英一教授,做「鈀催化劑」在有機合成上的研究。
1984年獲得博士學位後赴美國史丹佛大學化學系跟隨創造第一個女性口服避孕藥的翟若適教授,做了一年類固醇生合成的博士後研究,於1985年九月進入中研院化學所擔任副研究員,1991年升等為研究員。至今共發表超過一百篇的學術論文及獲得五項專利。

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影片介紹

羅芬臺研究員詳細介紹有機合成化學的的背景與煤的種類,從傳統製造食物的方法,居中襯托超級烘焙的過人之處:300度只需要10分鐘就可以得到生物煤。以超級烘焙來生產合成燃料,將植物浸泡後就可得到生物炭與環保煤代替天然煤,以合成氣作為燃料或發電。
「超級烘焙機」,一台可以使許多廚餘化身為生物炭的神祕武器。在一般人眼中被視為廚餘或雜草的東西,例如落葉、竹棍、香蕉、葡萄柚皮、雞豬牛的骨頭、銀合歡、玉米梗等,能夠透過「超級烘焙機」再次化點石成金變成提供人類動能的燃料。

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文稿

首先我要簡單介紹超級烘培的意思,烘焙是指將植物在無氧的條件之下加熱,植物裡面的成分因為受到加熱,所以會進行裂解,產生一些氣體,這些氣體我們會稱作是熱氣或合成氣,其產生的液體我們把它稱作是「生物油」;剩下的固體則稱作「生物酶」。在這過程裡,我們所產生的生物酶實際上跟天然酶是差不多,但仍有些地方不同,譬如說生物酶的硫含量很低,因為生物酶幾乎都是從植物做出來的,植物裡面的硫含量,本來就很少。

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天然酶的話,硫含量比較高,因為它埋在地底下1到3億年,經由地下水的影響,有很多的硫酸鹽或黃鐵礦,以及細菌所產生的有機硫化物,都會到天然酶裡面。生物酶的灰份很少,灰份一般都拿來當作肥料,因為裡面含有很多鉀元素;相對天然酶,基本上灰份很多,因為它是從地下挖出來的,不免有很多小石頭。傳統製作植物烘培的方法是用熱氣傳熱,它所需要的溫度很高,一般是600~900,花費的時間很長,大概2至3天,甚至2週,另外,傳統製作烘焙需要在無氧的條件進行,一旦空氣進去以後,高溫的生物酶還有合成氣就會有爆燃的危險性。我們利用熔岩做為傳熱的媒介,只要在300花費 10 分鐘就可以把植物變成生物酶,這個熔岩是什麼?熔岩就是將一些特定的鹽,加熱溶解,把它變成液體,這液體的密度一般是氣體密度的2000倍,其熱傳速度會是氣體熱傳速度的好幾百倍,這像是我們去做三溫暖,三溫暖的房間可能是90度,我們還可以待上10幾分鐘,但是如果溫泉的溫度達到50度,我們大概只能泡一分鐘,這是因為他們熱傳導速度不太一樣,所以熱傳速度快,它所需的時間就很短,溫度也不會很高,一般在利用熔岩製做烘培時只要300度 /10分鐘,就可以達到市面上號稱1000度烘培出來的樣品且品質差不多,所以我們就把這種利用熔岩來進行植物烘培的方法稱作「超級烘培」。

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剛提生物酶跟天然酶有些不同,像是硫份含量很少、灰份含量也很少,另外,生物酶還可當作磷碳排放的燃料,因為植物生長的時候都需要吸收空氣中的二氧化碳,如果把它做成生物酶後,燒掉它又回到大氣裡面,這個二氧化碳一進一出,就是磷碳的排放。一般化石原料煤與石油,它是從地下挖出來的,所以將煤、石油燒掉所產生的二氧化碳會回到空氣中,這是一個正碳的排放,跟我們的生物酶有很大的不同。除了這個之外,生物酶的熱密度很高,它的燃燒效率很好且不會腐爛,生物酶非常穩定可以放很久。另外,如果不去處理腐爛的植物,腐爛過程中會釋放出更多的溫室氣體。它可以進行未來的碳交易,上個月中國大陸已經公開承諾,在2017年進行碳總量管制跟排放的交易計畫,據估計如果要達成減排計畫,必須要投資人民幣41兆元,相當於新台幣200多兆,所以未來碳交易市場的行業應該是大有可為。

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我們用熔岩進行植物的烘焙,我們剛講到,這有很多缺點與優點我們實驗室做的一台桌上型的「超級烘焙機」,各位可以看到右邊有一個熔岩槽,中間有兩個水槽,轉動這搖桿籃子裡面的植物就會沒入這個熔岩槽,只要在300度/ 10分鐘,就可以拿出來並放在水槽裡面降溫。另外把鹽水洗掉,就可以得到生物酶。所以這是一個非常簡單、快速的方法,各位可以看到我們做了很多從植物製成的生物酶,有竹棍、竹籤、竹筷、銀合歡、香蕉皮、葡萄柚皮,這些生物質的來源,實際上,從家庭中都很容易取得,尤其台灣南部、澎湖,有很多銀合歡,這些都是容易得到的東西,家庭的廚餘實際上你也可以做成生物酶以後拿去燒掉,產生的熱能就可以發電。

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我們也用吃剩下的雞骨頭做超級烘焙,發現雞骨頭在375度時,就可以完全的碳化,但是豬骨頭跟牛骨頭需要更高的溫度,才能夠完全碳化,但是骨頭跟植物成份有時候不太一樣。骨頭裡面含有很多的磷,所以經過超級烘焙以後,可以做成磷肥。這個是澎湖的銀合歡,各位可以看到,滿山都是,為什麼呢?因為澎湖以前的土地非常貧瘠、鹽分很高,很多植物長不起來,所以老百姓都是用曬乾的牛糞當做燃料,日本人來了以後,引進原產地是南美的銀合歡,銀合歡長得很快,它有固氮的功能,所以不需要肥料,但是現在大家都用天然氣煮飯了,銀合歡就很少被使用,所以它就長了很多、很快,而且它根部會釋放含羞草素,它對其他植物是一種毒素,讓其他植物無法生長,你可以看到這整座山都是銀合歡,我們說他有「群聚效應」,這會破壞生物的多樣性,也妨礙台灣和澎湖原生樹種的發展。

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屏東縣政府也積極地想處理銀合歡的問題。這邊的植物種類各位可以看到,我有寫這是老的竹子或是死掉的竹子,因為竹子長5年以後開花就會死亡,但是你若不去處理腐爛的竹子它將會放出更多的溫室氣體,像甲烷,或是二氧化碳等等。另外銀合歡、玉米梗、落葉、樹枝、水果皮、免洗竹筷、椰子殼等等,有些廠商想要利用超級烘焙,把豆渣、菱角殼,還有培養香菇後的木屑,或是收割稻米後的稻稈拿來進行超級烘焙,這些都是可行的方案,我們也積極的輔導他們希望以後能夠進一步合作。

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在熔岩裡面,實際上不只做生物酶而已,我們做不同的條件之下,可以生產生物炭跟活性碳。400度的時候,我們可以做成生物炭,生物炭等等會提到它是埋在地下的,它是一個負碳(意指將空氣中二氧化碳減量之過程);活性碳的話就是你必須要先經過一個酸鹼的預處理,然後再進行超級烘焙,這個活性碳的用途很多,可以儲水、淨化空氣、還有黃金的提煉,另外還有做一些催化劑的載體等等,其用途是很廣的。我們實驗室利用馬來西亞的油棕梠殼做成的活性碳它的比表面積可以到每克2088平方米,這是非常好的現象。

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提到生物炭,它跟前面講的生物酶不太一樣,生物炭不是拿來燒的它是埋在地底下,用來改良土壤的,然後提高農業產量以及控制污染,作為除污的試劑,另外它也可以拿來當作負碳的收集與儲存。活性碳的用途很廣,所以我就不再提,這種利用燒植物之後,把這個木碳埋在地下,增加農產量的方法,很早就有人使用,我列出一張圖片,在西元前450年亞馬遜河域的原住民,他們就發現這樣的方式,將煤碳埋在地下,可以增加農產量的好處,葡萄牙人到了以後就把它稱作「亞馬遜黑土」,它是非常肥沃的黑色人工土壤。

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還有一個例子,在美國科羅拉多州的山上,有一個廢棄的銀礦,泥土裡面含有很多重金屬如鉻、銀等等,一百年來植物沒辦法生長,造成當地的樹木枯萎,因為美國氣候變遷溫度上升,很多昆蟲找不到水就吸樹木裡的水,造成很多樹木枯萎。當地政府就用枯萎的樹木做成生物炭,把它埋在廢棄銀礦的土裡面,經過一年以後雜草就長出來。大家都知道,因為地球大氣二氧化碳濃度升高,造成全球暖化、氣候變遷、森林野火與乾旱的頻率的增加,104年7月,是有史以來最熱的一個月,各位可以了解氣候變遷非常的嚴重。

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我們能做什麼事呢?希望能夠利用我們的「超級烘焙機」處理這些植物,植物是吸收空氣中的二氧化碳,所以你可以想到當處理這些植物,實際上就是把空氣裡面的二氧化碳慢慢降低,一旦降低空氣中的二氧化碳濃度以後,氣候變遷的效應就會減緩。我們希望能夠多做這些事情讓氣候變遷能夠反轉過來。在聯合國政府間氣候變遷委員會(IPCC)報告指出生物炭是最常被提到減低大氣中二氧化碳濃度的技術。104年7月紐約時報報導,說明全球生產生物炭只有1000噸,所以可想像利用傳統的生物炭製作方法有非常大的經濟效益跟困難之處,希望我們的超級烘焙機能夠突破這個困難,然後解決氣候變遷問題。在科技部跟中研院的資助之下,我們在清華大學已經設立一座中試工廠,同時取得了台灣、美國、加拿大、蘇俄、與中國大陸的專利,超級烘焙機除了可以將廚餘、廢棄的植物做成生物炭並得到磷、碳排放的燃料之外,也可提供發電並做成負碳的生物炭減緩氣候變遷。當然可以做成活性碳解決全球嚴重的水資源和空氣污染的問題。104年12月將在巴黎舉行聯合國氣候變遷會議,希望能夠達到一個協議把全球氣溫的升高幅度控制在工業化前的2度之內。我們希望超級烘焙機,能夠扮演一個可行的角色,控制氣候溫度的上升,藉由降低大氣二氧化碳濃度的方法讓全球的生物擁有永續生存與發展的機會,謝謝各位。

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主持人(鄭佾展):請教您在超級烘焙機研發的過程中,有沒有哪些需要突破,或者是覺得特別辛苦的地方?剛才您有提到於世界各國都已經取得專利,也嘗試著商品化的過程,您有沒有預見在不久的將來,台灣就可以開始運用這樣的超級烘焙機?謝謝。
羅芬臺:實際上我們一開始是試用熱傳油當做烘焙植物的媒介,就好像炸油條一樣,但我們發現兩個困難,第一個,就是它有易燃性,而且一般的熱傳油超過300度它會破壞掉;另一個問題是,我們必須完全回收熱傳油,因為熱傳油的成本比煤還貴必須完全回收。這會出現很多問題,我們還需要用到更貴的其他有機溶劑萃取,所以我們最後就改用熔岩,使用熔岩可以克服這兩個困難,達到最後的目的。至於您剛提到就是取得專利以後怎麼發展?我們希望下一步就是能夠做一部可以商業化的超級烘焙機,每天的生產量可以到一噸以上,這樣才能夠吸引真正的投資者,他們會看你這設備是不是有永久性,或者會不會出現其他問題,希望商業化的超級烘焙機可以在台灣起步。問題是小公司很有興趣但他們的資金不夠,相對大公司他們看待生物炭對他們來講並沒有關聯性,所以我們有碰到這個問題,希望政府能夠扮演角色,多出點力氣,就跟當初政府出資興建中鋼公司、台積電一樣,等到他們成功以後,再慢慢轉變成民間公司。未來,如果能夠成功的話,我們超級烘焙的技術,將從台灣擴展到全世界。

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