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生物氫能源-母校重點研究成果
專訪綠色能源發展中心--林秋裕講座教授

為解決溫室效應對於人類生存環境的威脅,全世界都在積極研究足以取代石油的新能源,目前以「氫能源」是最為大家所認同能取代「碳能源」的新能源,全球各界積極投入相關研究。其中在生產技術方面,主要研究方向是在減輕環境負擔的考量下,如何以可再生的材料來製造綠色氫能源。

逢甲大學生物氫能研究團隊在林秋裕講座教授主持下,於2000年成立「能源與資源研究中心」,開始從事「厭氧生物產氫」相關研究,該中心於2010年8月改制成立「綠色能源發展中心」。團隊研究成果曾獲中華民國環境工程學會最佳論文獎與台灣化學工程學會2008化工傑作獎肯定,在生物氫能領域的學術地位執世界之牛耳,並於2009年四十八周年校慶成立「APEC先進生物氫能技術研究中心」,成為「APEC先進生物氫能技術研究中心網絡計畫(APEC Research Network for Advanced Biohydrogen Technology)」的一部分。

校友聯絡暨就業輔導室特別專訪甫榮獲中國工程師學會頒發2012年度「傑出工程教授」的林秋裕講座教授,說明逢甲大學在生物氫能源領域的研究現況與未來願景,並暢談研發過程之甘苦。

新能源-氫能源

Q:氫氣對人類能帶來怎樣的貢獻?
A:可以協助解決氣候變遷方面的問題,氫氣發電或燃燒,不會產生像目前的石油發電所產生的空氣汙染,可以延緩溫室效應。

Q:講座教授對全世界阻止溫室效應的趨勢,以及新能源的發展,在科學領域上的趨勢為何?
A:以大趨勢角度來講,會從目前所謂的「碳經濟社會」,轉換到未來的「氫經濟社會」。以白話來講,碳就是指目前的石油、煤炭等物質,而且現在許多日常生活的東西都和碳有關。石化能源的碳若沒有了,總要找一些替代能源。

Q:剛才講座教授所談的化學及相關的領域都跟石油有關,所以下一個步驟就是尋找新的替代品嗎?
A:有一派的科學家或政治家,認為或許氫(H2)可以取代目前碳在能源供應上的地位,因此稱為氫社會或氫經濟,即由碳經濟轉變為氫經濟。以每兩年舉行一次的氫能源主題的國際研討會(WHTC)來說,目前已經有40年的歷史了,每次參加者大概是3,000到4,000人,代表著國際間在氫能源領域之研究已經有相當的規模。

Q:那在整體貢獻方面,這個領域的技術進展已經到了怎麼樣的階段?
A:從專業角度來說,氫的問題分成生產面、技術面、應用面。以目前生產面來看,還是跟傳統的石油有關係。

Q:生產面跟石油有關?
A:氫目前是石油化學工業的副產品,數量多,當然價格便宜;但若是以綠色製程或綠色料源所產生的氫,價錢大概是目前氫的三倍左右。

綠色新能源-生物氫能源

Q:何謂綠色料源?
A:即是可再生的意思,例如石油、天然氣等傳統石化能源,一燒就不可逆,不可再生,但綠色料源就是可以永續使用的,不會造成環境負擔。譬如說,用生物質當料源,因為生物體利用太陽能行光合作用,所以生物體就可以不斷的永續生產,這就是所謂的綠色料源,它當成產氫的原料。

Q:所以就是使用可以再生的原料?
A:當然也有人電解水產生氫,但問題是,電解還是需要有能源,若這個能源是用火力發電所產生的電,那就和太陽能電池一樣,在做成太陽能電池之前,還是要消耗很多的能源,所以要怎樣衡量,就是經濟的問題了。

Q:回到生產面,也分了好幾個方法?物理方法、化學方法跟生物方法,假設大致上分為這三類,那目前的生產方式大概是往哪一方面發展?有沒辦法再突破?
A:最近兩三年,研究方面是以生物方法比較多。原因是物理方法、化學方法的技術比較成熟,所以基本上大家比較不會朝這方面做研究,發展空間沒有這麼多,同時因為這些物理法或化學法所用的能源消耗要比生物法來的多。另外在製造的過程中所產生會造成氣候變遷或溫室效應的相關氣體,比較不可控制,但如果使用的能源是來自所謂的綠色能源那就可以算是再生性氫能了。

Q:在你的想法裡面,在氫的製造技術方面應該要再成熟,才可以市場化,就是生物氫的製造成本要降到某一個程度才能夠取代石化氫嗎?
A:其實不只是要考量成本,還有另外一個必須考慮的重要問題,就是供應的穩定度。若是穩定度不夠,雖然成本再低,客戶終究不會去使用。所以穩定度技術上突破的研究還是在進行中

Q:那在專業領域上的突破要到怎樣的程度,才算是到了一個規模?
A:以生產技術來講的話已經是ok的,但生物法還要找到要怎麼樣可以大量、供應起來又要符合需求的料源。因為蒐集原料要花很多的力氣,到最後一定是回饋到成本,從技術面來講,這也是技術的問題,必須去找這個原料。其實就跟現在石油快沒了,這是原料問題瓶頸。所以要可再生才可以,因renewable是一個circle,一個點接一個點,所有連成一個圓,少了點就不連續。

Q:在生物法,你說是發酵法,生物法也有分很多法,可以大概介紹一下嗎?
A:以發酵來講有:光發酵、暗發酵,另外生物法還有光合產氫。光發酵、暗發酵是菌種不同,光發酵就是微生物需要光源;暗發酵就是不需要光,那是另外一類的微生物,目前發現效果最好的微生物叫做梭狀芽孢桿菌,這類的菌種的發酵效果很好。梭狀芽孢桿菌就跟女生愛美所使用的肉毒桿菌是同一類型的菌種。
  微生物在發酵的過程產生氫,就如我們吃東西會放屁或是排大小便。以微生物的角度來說,牠吃東西得到能量的時候,就會排泄出廢棄物,這些廢棄物中就含有氫。所以基本上,生物法跟植物的光合作用是一樣的,是靠微生物在做牠最有利的事情過程裡,把氫放出來的。

研究緣起與成果

Q:我們知道您學的是土木,為什麼在你的研究領域裡面開始會轉向這個領域?
A:什麼是土木?土木裡面有結構學、土壤力學、道路工程等,另外一個就叫做衛生工程。傳統衛生工程就是供應自來水,然後好人做到底;因為喝了水後要尿尿、排便,既然給我水喝,那拜託也把排泄物一起弄走,這就是建下水道啦。再來,靠下水道把排泄物遠離人群就好?當然不是,一定要適當的把汙染物濃度降低,而處理方法不外乎物理、化學和生物方法,其中生物法就是把這些廢棄物利用微生物分解。在分解的過程中會產生氫也會產生甲烷,甲烷就是沼氣(沼氣是有機物質在厭氧環境中,在一定的溫度、濕度、酸鹼度的條件下,通過微生物發酵作用,產生的一種可燃氣體),在密閉空間會減少氧氣的存在,從壞的觀點看會因此造成人缺氧死亡問題;但另個觀點,沼氣也可以養活很多人,像中國大陸有許多農村用甲烷來燃燒與照明,也是燃料的一種。我們所用的基本方法都一樣,就是從哪個觀點去看,這就是我為什麼從做土木、做下水道,突然之間又開始轉換方向作能源研究。

Q:請問講座教授那是幾年前的事情呢?
A:1997年我和成功大學鄭幸雄教授一起參加我的母校-日本東北大學所舉辦的97AD國際研討會,瞭解了大家是走哪個趨勢:廢水處理與汙泥處理已經不只是傳統的那樣了,過程中是可以把氫抓出來作為能源使用。所以我們回來後開始一起努力,從1998年申請國科會計畫開始,慢慢的由小規模研究開始,所以大家都稱我們2人是國內此研究領域的Godfather。

Q:一個科學的研究常常是一種理想或理念繼續做下去,在這領域上,對你們來說也會受到需求面的影響而改變?還是就堅持執著把它做到好?
A:我想可以分成2個部分來說,如果從科學家的精神當然是執著的做下去,可是從另外一個現實的角度來看,你如果拿不到經費,怎麼辦?所以必須調整研發的方向。因為我在國內的知名度還比不上在國外的知名度,所以為了生存下去,須要稍微調整研發方向;不過我們還是會為整體著想,繼續做綠色氫研發,因為我們團隊的知名度是來自於生物氫、綠色氫。總之,理想與精神是堅持,但做法會調整。

Q:這14年來您最驕傲的是什麼?帶領這個團隊?還是您的個人研究?有沒有讓您覺得很驕傲的事?
A:我自己感覺有幫助學校提升知名度,例如剛剛提到團隊在國外的知名度要比在國內的知名度高,我想那基本上為學校爭取到榮耀。至於覺得驕傲的事是,從以前在環境工程到現在的綠色能源,多多少少都有做到保護地球的使命。

未來願景

Q:我們來談談您中心的期許,在這3-5年內,你們的研究團隊希望在這個領域的貢獻能達到怎樣的程度?
A:我們希望科技演化到最後,能夠把研究成果,在台灣這個地方,產生一種所謂比較狹義的社會貢獻;至於這產業會不會永續下去,個人一定會盡全力去做。

Q:假設氫將來是會是一個成熟的替代能源,那對於石化燃料,您覺得在全世界大概還要多少時間才夠?
A:以氫來講,我就拿聯合國一個專門針對氫能技術的研究中心資料,預估應該2015年會開始整體的商業化。但是有一個關鍵點,就是氫的應用端的整個技術與市場有沒有辦法跟上來,在這個問題大家最熟悉的就是燃料電池,燃料電池現在還是有些技術與市場問題。

Q:我們回到學校裡面可愛的小東西-氫的加氣站,氫的加氣站就是你一定有車子可以加氫,我們學校那個QQ小哺哺車可以加氣?
A:那部車加滿氫,一次可以加6罐,一罐可以裝0.5Kg的氫,那也就是3Kg氫,可以跑100到150公里,時速最多可以開到55公里。所謂氫燃料電池,它不是我們一般說的電池,而是發電機的意思,它是電力車動力來源的一種。氫的使用方式有2個,一個是直接燒掉,另外一個就是接上燃料電池,直接由化學能轉換成電能。

Q:在國家的能源政策裡面,有氫能的研究發展領域嗎?
A:國家的能源政策裡面,包括國家型的能源計畫,裡面有一項氫能與燃料電池。現在能源相關的研究都是由國科會所主導。

Q:您所主持的團隊在氫能的領域應該已經居於領先地位?
A:如果說生物氫的部分,的確是我們沒有錯。關於氫能與燃料電池,燃料電池是把氫能併在一起的,燃料電池大部分要有氫,但是氫不一定靠燃料電池。目前氫的製造,不一定只有逢甲大學研究的領域,但是現在所有的研究動作都是應付三、四十年後的危機。

林秋裕講座教授簡介:
【學歷】
成功大學土木系學士、碩士
日本東北大學土木工程學系工學博士(1982/09至1987/11)
【現職】
逢甲大學 綠色能源發展中心  主任
逢甲大學 環境工程與科學系/水利工程與資源學系 講座教授
國際氫能源協會(International Journal of Hydrogen Energy)-台灣分會 主席
【專長領域】
污泥處理、生物處理、水質工程、綠色氫能
【獲獎】
101年傑出工程教授:中國工程師學會101年度「傑出工程教授」獎,今年國內大專院校獲獎教授一共有9位,林主任是唯一私校教授獲獎,林主任工程專業學養高,專業學術著作兩百餘篇,多屬國際知名刊物且被高度引用,常獲相關學門學會之論文獎或工程獎章,足堪為一般私立大學院校工程教授之代表

綠色能源發展中心簡介:
. 1998年成立「能源與資源研究中心」,透過國科會、經濟部能源局與校方經費的支持,從事「厭氧生物氫能」相關研究,在顆粒污泥╱固定化細胞系統之醱酵產氫技術,產氫速率冠居全球。
. 2007年英國Glamorgan大學在International Journal of Hydrogen Energy雜誌發表的文章指出:「若能持續高速率產氫,則逢甲團隊的顆粒化系統將大有可為。」
. 以非糧料源驗證0.4噸醱酵產氫系統之模場,成功開發「高速率厭氧生物產氫模場技術」,進行非糧料源之複合式生質能源整合技術,2008年在校內完成1座「連續式高速率生物產氫先導工場(Pilot Plant)」及其操作技術。
. 2010年8月改制成立綠色能源發展中心(前身為「能源與資源研究中心」)。
. 2011年提升「連續式高速率生物產氫先導工場(Pilot Plant)」,完成世界首座「綠色氫加氣站(Bio-H2 Gas Station)」,將生物氫氣轉化成能源,相關技術並成功移轉業界。。
. 2012年完成串連產氫、產甲烷、二氧化碳分離與微藻固碳之整合系統與技術。
. 2012年重新整建該模場,建立世界首座結合「生物再生氫工場」與「充氫設施」的永續綠色加氫站,定名為「綠色氫加氣站」,將生物氫提升到實質電能應用,成為全球再生氫能研究與發展先驅。
. 未來透過該模場的測試,將生質氫能源的技術推向5-25噸級商業化實廠驗證

 

圖說:專訪綠色能源發展中心--林秋裕講座教授
圖說:專訪綠色能源發展中心--林秋裕講座教授
圖說:拉脫維亞及立陶宛參訪團水湳機場試駕氫能車
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