《科技与创新》从排碳大户到养生专家 微藻固碳助水泥业走永续之路


水泥、微藻、面膜,三者看似毫不相干,背后却隐含着永续的创新思维。工研院以钙回路捕获二氧化碳技术和微藻固碳及利用技术,协助台泥公司利用捕获的二氧化碳养殖微藻,从中提取可用于美容保养品、健康食品的高价原料,立下循环经济的成功案例,团队更赢得工研菁英产业化贡献金牌奖。

为改善温室效应,捕捉二氧化碳成为解决方案之一,然而捕捉下来的二氧化碳除了封存、卖给汽水工厂外,有没有更两全其美、融入碳循环的方法呢?工研院研发团队由水泥工厂烟道排气中捕获二氧化碳,应用于微藻养殖,以可用于生质能源的高固碳率微藻,或内含高价成分的微藻,将二氧化碳转化为能源或高值化产品。

工研院微藻固碳及利用技术的起源,要从与台泥合作钙回路捕获二氧化碳技术说起。

水泥在制造过程中,会产生相当多的二氧化碳,水泥业因此被视为高排碳产业。除了恶化温室效应,也可能造成空气污染,如何有效解决排放问题,是台泥一直以来相当注重的课题。

碳捕获技术助高排碳产业变身

工研院自2006年开始研究二氧化碳捕获技术,2011年起台泥公司加入合作,在花莲和平水泥厂建立第一代钙回路碳捕捉试验厂,可将二氧化碳捕捉后进行液态储存,这是目前全球规模最大的钙回路捕获二氧化碳试验厂。

看不见、摸不着的二氧化碳,该如何抓下来?工研院绿能与环境研究所组长万皓鹏解释,石灰石(碳酸钙)是水泥的主要原料,工研院以氧化钙作为吸收剂,借助化学反应,从排放源头水泥旋窑烟道中直接捕捉二氧化碳,形成碳酸钙。碳酸钙进入煅烧炉中,经高温分解为氧化钙与高纯度二氧化碳,氧化钙经过不断循环反应,可于氧失去活性后,送回水泥厂,作为生产水泥的原料,因此可做到工厂零排放。

万皓鹏说,以目前的钙回路捕获技术,每小时可捕获1吨的二氧化碳。换算下来,每年可减少5,000多吨的二氧化碳排放量。

藻类固碳作用比树木更好

经过钙回路捕获后的二氧化碳,正好符合藻类生产过程所需。万皓鹏举例,1公斤微藻能吸收1.83公斤的二氧化碳,换言之,藻类利用二氧化碳的效率,是树木的300倍之多。

万皓鹏进一步说明,微藻是一种能行光合作用的单细胞植物,直径约只有人类头发的十分之一,生长快速,比树木生长快上20倍;而且富含油脂,微藻含油率可达藻体净重的40%以上,单位面积的产油量约为黄豆的25到200倍,比棕榈树高2到16倍,是近年来备受瞩目的生质能源作物。

然而,微藻从养殖生成、萃取油脂等制程,投入成本与耗能仍偏高,提炼微藻作为生质柴油,国际上至今未有商业化生产案例。如何开发创新技术,以降低整体生产成本与能耗,是研发团队的一大挑战。

万皓鹏表示,研发团队因此转向思考,是否可以将微藻做更高单价、更具高经济效益的应用,做出高附加价值的产品?

雨生红球藻萃出高值虾红素

工研院团队提议,把捕捉到的二氧化碳用于养殖微藻,当时的台泥董事长辜成允一听就很感兴趣。台泥研究室协理陈光熙表示,视环境永续为企业社会责任的辜成允,希望可以找出某一种具高经济生产价值的藻类,不但能有效吸收水泥厂排放的二氧化碳,又可以将藻类的副产品商品化、创造产值。

台泥除了跟工研院的碳捕获技术团队合作之外,自2012年开始,台泥又扩大与工研院合作,针对户外微藻固碳系统及高单价微藻培养2个题目进行研究,希望能筛选出符合条件的藻类。

台泥花莲和平厂区的水泥窑旁,矗立着一根根约2公尺高的绿色半透明柱状光合反应器,正在自然光下使用所捕捉二氧化碳进行微藻培养,而其中肉眼所见绿色物质,就是二氧化碳养出来的高固碳微藻。

另外,工研院团队也针对可做为高经济价值应用的藻类,由台湾各地针对所设定的环境条件,进行寻找与筛选。经过一番努力,最后找到本土的雨生红球藻,在经过实验室里驯养与养殖条件设定,较国外相同的藻种,成长时间缩短约50%且单一微藻内含之高价虾红素成份多了57%。

雨生红球藻是生成珍贵抗氧化物-虾红素的主要来源。根据文献,虾红素的抗氧化能力是β胡萝卜素的10倍、辅酵素Q10的150倍、维生素E的550倍,具有美白及抗皱功效,1公斤要价新台币20~30万元左右,是昂贵化妆品、保健品的重要成分原料。而且,虾红素用途极为广泛,加入化妆品,产品就具有美白、抗老化等效果;加在眼药水中,就能增加抗氧化功能。

水泥业衍生美容养生产品线

万皓鹏说,虾红素非常适合用于制成保养及美容产品,工研院运用独家养殖配方,启动雨生红球藻的自我防护机制,加速虾红素的产生。目前台泥的小型示范场域所生产的虾红素的月产量约为1.5公斤,透过与工研院扩大衍生合作,把虾红素价值往上提升到医美、食品等级。

陈光熙指出,台泥目前推出了虾红素保养品包括面膜、化妆水、精华液等,在2018年底台泥结合君品饭店开发以虾红素红藻入菜的创意料理──虾红素红藻荞麦面,堪称世界第一碗减碳环保面。

陈光熙指出,台泥本业是水泥生产,虽然往化妆保养品领域发展并非预期中的既定策略,但微藻是从水泥本业衍生出来的事业,台泥未来将以原料供应商自居,并已在2017年底已完成原料认证登录,代表台泥可以在国际上供应虾红素微藻原料。

工研院除了与台泥公司合作研发,建置全球首座结合钙回路捕碳系统的微藻养殖示范场及国内首座雨生红球藻养殖场外,也完成国内13家微藻上中下游产业厂商技术与专利授权,并以整厂输出方式,扶植国内微藻产业,提升企业产值效益,进一步协助产业进军国际,落实碳循环永续环境的目标。

(本文转载自工业技术与资讯月刊)

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