鍋爐廢氣用於微藻生物質生產整合技術

Abstract

由於貫流式鍋爐具備小型化與彈性應用，廣泛使用於各行各業，包括化工製造業、旅館休閒業、游泳池、學校等。主因在於其結構簡單，操作容易，同時建置成本較低，機動性高，不管是產製蒸汽或熱水都可適用，然其缺點在於提供熱水或蒸汽之能力，較煙管式或水管式鍋爐來的低，因此限制了其應用範圍。而微富氧燃燒技術有機會突破這層限制，微富氧燃燒技術具有火焰溫度高、排煙量低、傳熱能力增加、節約能源、降低污染排放及建置成本較低等優點，在不修改鍋爐本體的情況下，相同的燃燒量，有機會提高貫流式鍋爐蒸汽或熱水產量，然國內目前尚未有進行相關之應用。故藉由此一計畫，確認微富氧燃燒技術應用於貫流式鍋爐之可行性，作為對未來蒸汽用戶提供另一節能整合技術之選擇。 微藻具有很高的光利用效率，可藉由光合作用將太陽能轉變成化學能，並於光合作用中固定大量的CO2作為碳源，並將其高效率的轉變為碳水化合物或是脂質以儲存能量。微藻養殖不與糧食作物爭地、生長快速、產脂量高等重要特性，因而受到重視。微藻的應用亦相當廣，主要可以分為食物、餌料、保健、生質燃料和污染防治等。微藻養殖的相關技術已是近年來全球矚目的重要課題之一，微藻養殖技術不但是最有效率的生物固碳法之一，同時也是目前被評估用於產製生質柴油最有潛力的方法，而微藻的大規模養殖也一直是國內外專家學者所注重的一項關鍵技術。因此近年來一些國際性的微藻減碳與生質能源公司紛紛成立，投入此領域之市場，佔領先機。 戶外密閉式微藻養殖系統雖然具有能提供充足的光線供給微藻生長所需、可達到較高的藻細胞密度(培養微藻的產率高)、二氧化碳吸收效率佳且不易被雜藻侵染等優點。但高成本是目前此系統推行之主要障礙，高透光材質的微藻培養光生物反應器造價昂貴，是導致微藻生物質的生產成本居高不下的主因，因此建構可應用到生產規模的噸級以上且與廢氣供應系統連結之密閉式光生物反應器裝置，成為開發微藻資源的關鍵核心技術。若有政府的大力支持與具有實力企業的協力合作。再結合本計畫主持人與分項主持人先前所開發的技術與基礎上，對特定光生物反應器進行進一步開發並實現產業化，即能為我國微藻培養技術的研究及微藻的大規模培養提供強有力的裝備支撐，以推動我國微藻生物技術的產業化進程。 分項計畫一的主要工作重點為： 1. 鍋爐燃燒模組設計、改裝，建置140,000 kcal/hr之模組化微富氧燃燒鍋爐示範機組。 2. 微富氧鍋爐燃燒試車與燃燒最佳化調整，廢熱回收裝置結合煙氣前處理模組，提供無塵且穩定流量之廢氣樣品給分項計畫二養藻使用之試運轉。

分項計畫二的主要工作重點為： 1. 利用突變劑與特定培養環境或條件進行微藻株之篩選、培養及維持。 2. 戶外型的微藻養殖系統之設計，並建構一鍋爐廢氣養殖微藻之減碳生產生物質系統，進行鍋爐燃燒廢氣用於微藻養殖之可行性測試。 3. 微藻養殖相關技術之執行，包括微藻培養程序、微藻萃油、油脂組成分析等。

（三）、執行優勢 (包括執行團隊優勢，或配合單位支持所增加優勢) 學校可投入本計畫之相關配合措施(含固定之研究場所及執行計畫之基本設備)： 1. 本校會持續挹注五年五百億經費支援本計畫，現為本校「特色計畫」重點支持之研究項目。 2. 學校配合本計畫之進行，於校園(博愛校區)中進行實場模組試驗。 3. 學校提供空間作為微藻生質能源專用之實驗室，包括一可進行微藻養殖實驗之模組室。

（四）、預期成果及效益（包括對產業之貢獻） 1. 創新產業：相關技術與產品的開發將有助於以節能效率及減碳效益的提升來協助國內鍋爐產業的轉型，藻類生技與生質能之再生能源產業的推動。 2. 人才培育：培育兼具機械、環境工程及生物技術之專業博碩士生專業人才約4 ~ 6人，供研發機構與產業運用，提升國家研發能量。 3. 產業諮詢服務：可將鍋爐提升能源使用效率及減碳技術提供業界；另可支援噸級微藻養殖測試廠之建置及技轉產業。 4. 延伸效益：可促進國內鍋爐業者技術提昇增加產業競爭力以及微藻綠能的研究風氣，建立具有高經濟效益之微藻生質能源整合技術，其具有技術轉移與產學合作之潛能。

This six-month project consists of two sub-projects. In the first one, it investigates the effects of using oxygen enriched combustion technology to apply on a water tube boiler, which will be install in NCTU to supply the hot water for an animal facility. In order to establish a demonstration plant for such technology, the burner is designed to have a capacity of 0.14 million kcal/hr. The fuel used is the naturl gas or liquefied petroleum gas. Few different oxygen concentrations (more than 21%) in combustion air are considered for parametric study. The resultant flue gas with elevated CO2 concentration will be supplied to the the second sub-project to produce the high lipid-content algae. In this sub-projectject, microalgae as photosynthetic organisms can use the solar energy to convert the water and carbon dioxide (CO2) into biomass, which can be used to produce biodiesel and the other economic microalgal production. Since microalgal cultivation can efficiently use the CO2 produced from combustion, it can further reduce the greenhouse gases. In this subproject, the major missions include 1) screening genetic-modified thermal and flue gas tolerant oil-producing microalgae; 2) designing for the integration of microalgal cultivation system aeration and waste gas from boiler; 3) estimating the efficacy of biomass production of the photobioreactor module.