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從化妝品出發 航向生質能源夢想

2018-06-30
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創新二字說來輕鬆簡單,實際上卻要付出許多代價,一個好的創新研發計畫,若無雄厚資金支撐,圓夢的路將走得更為艱辛。盧文章所帶領的工研院生質能研究團隊,投入生質柴油領域已久,希望能找到成本低且適合量產的原料,為節能減碳盡一份心力。很幸運地,他們找到合作夥伴―台泥公司,攜手築夢踏實,共創產業商機。


從化妝品出發 航向生質能源夢想

團隊創新領航-財團法人工業技術研究院綠能與環境研究所
生物能源技術創新與加值應用團隊【創新碳循環經濟-「微藻減碳與高產率蝦紅素產業應用模式」】


文/ 羅德禎

對一個人無用的東西,另外一個人可能視若珍寶,若能交換所需,將能創造雙贏。工研院綠能與環境研究所和台灣水泥股份有限公司的合作,就是最佳典範。

時間回到民國92年,當時工研院成立了從事生質燃料研發的團隊,主要做的是生質柴油,「生質柴油需要的是油脂原料,起初我們從食用廢油開始,但後來發現國內廢食用油約只有8萬公噸左右可以使用,不足以撐起臺灣生質柴油用量規模,由於微藻油脂含量很高,因此我們想到從海中的微藻提煉生質柴油原料。」綠能所盧文章經理說。

因此,民國97∼98年間,生質燃料研發團隊轉而投入微藻生質燃料計畫,並召募有生物專長背景的人才,團隊樣貌才逐漸成形。談起如何挑選團隊成員,盧文章說道,「其實工研院是根據計畫性質選拔相關人才,譬如我本身為化工專長,但也涉略某些微生物領域研究,因此進入團隊研發,若還有不足之處,就由外界找人才進來,例如基改專長人員。」目前團隊成員包括化工、機械、微生物及基改技術等專業人員。此外,團隊也需要具備整合與溝通能力的人才,作為業界與研發團隊之間的橋樑。

微藻研發成本高 尋求業界支持

相較於大豆、玉米等傳統能源作物,微藻具有生長快速、可固定CO2及不與糧食作物爭地等優點,每單位面積的產率亦遠高於傳統生質作物,因此被視為第三代生質燃料,有助於交通運輸實現及節能減碳。然而,話雖如此,油脂微藻在養殖及下游程序的成本與投入耗能仍偏高,因此至今在國際上仍未達商業化生產,所以,如何開發創新技術,以降低整體生產成本與能耗,是團隊的一大挑戰。

盧文章說:「從技術角度來看,微藻做成生質柴油的成本還是過高,因此我們思考,是否在初期可以先將微藻運用在其他一些較高單價的應用,在短期間做出一些高附加價值的產品,讓廠商看到商業化願景,藉以吸引廠商合作,進而願意進行長期研發。」

與台泥的合作,就是循此思維。之前是工研院的另一個團隊與台泥合作,這個碳捕獲團隊協助台泥在花蓮和平廠建立碳捕獲系統,並進一步結合盧文章團隊的微藻研發計畫,達到碳捕獲及再利用目的。「微藻會進行光合作用且吸收固定CO2的特性,讓台泥覺得有合作的可能性,因此投入相關的研究開發。」盧文章說。

水泥業是一個高碳排放的行業,二氧化碳的處理是非常重要的任務。一般來說,水泥廠在製造水泥的過程中會產生大量的二氧化碳,如果恣意排放,就會造成空氣汙染及溫室效應等環境問題。盧文章表示:「當時在花蓮和平廠看到一桶桶被捕獲後進行液態儲存的二氧化碳,我心想,總不能這麼無限期地擺放下去。於是,我想也許可以利用這些被捕獲的二氧化碳做些事情。」

微藻蝦紅素 創造高經濟價值

而在自然界中,「吃」二氧化碳最兇的大概就屬藻類,藻類因為要行光合作用,吸收二氧化碳的效率竟然是樹的300倍。台泥需要處理掉二氧化碳,生質能源團隊需要藻類,於是,在雙方求互補的情況下,合作於焉展開。然而,藻類種類眾多,要如何選擇重點養殖的藻類呢?

盧文章指出,「當時,台泥董事長辜成允希望可以找出某一種具高經濟生產價值的藻類,能有效吸收水泥廠排放的二氧化碳,又可以將藻類的副產品商品化、創造產值,進而為花東地區帶來就業機會。」服膺辜董事長的理念,自2012年開始,台泥除了跟工研院的碳捕獲技術團隊合作之外,又擴大與生質能源研究團隊合作,希望能藉此篩選出符合條件的藻類。

工研院團隊費心尋找具高經濟價值藻類副產品,最後決定為蝦紅素,「我們主要是看中蝦紅素的抗氧化能力是β胡蘿蔔素的10倍、Q10的150倍、維生素E的550倍,具有美白及抗皺功能,是昂貴化妝品、保健品的重要成分原料,且一公斤要價新臺幣2萬元左右,相當值得投資。」盧文章說。

在團隊的說服下,原本未預期朝保養品或保健品發展的台泥公司也覺得很值得一試。「雨生紅球藻」是一種會產生蝦紅素的藻類,於是,團隊接下來的挑戰就是如何讓「雨生紅球藻」倍增成長。「雨生紅球藻」是花蓮在地篩選的藻類,但想讓它倍增成長並不容易,因為微藻生長速度慢而且嬌生慣養,所處環境一旦有外來微生物入侵就無法生長,所以需要仔細設計養殖環境且小心呵護。

起初,團隊在台泥花蓮和平廠內建置微藻養殖示範場,以測試微藻吸收CO2 的效益。為了降低成本,團隊將不採用高價的封閉式養殖方式,改而採用袋式養殖,也就是將微藻轉殖到袋子後置於戶外,所需成本僅是封閉式的十分之一。團隊也導入自行開發的「創新微藻生長調控技術」,運用光合作用促進劑(Algrow X),提升其生長速率並透過刺激微藻的自我防護機制,加速微藻高經濟產物的累積,提升蝦紅素產量。

「創新微藻生長調控技術」的導入,加上團隊的藻類養殖和提煉技術不斷進步,雨生紅球藻的養殖不但十分順利,且微藻細胞增長量提高約三倍,原本只有2%的蝦紅素含量提升至4%。此技術發展的成功,促使台泥公司規劃在花蓮和平廠區擴建微藻設施,希望與工研院攜手創造出新的商業模式與商機。

短期計畫成功 支持長期方向

目前,生質能源研究團隊與台泥公司合作研發的化妝品及保養品計畫已如火如荼展開,帶著玫瑰香氣、有著蝦紅素色的保濕乳霜,預計將於2018年量產上市,台泥將跨界投入保養品及化妝品產業。

其實,蝦紅素的用途極為廣泛:加進膠原蛋白,就成為紅膠原蛋白等保健食品;加入化妝品,產品就具有美白、抗UV等效果;加在眼藥水中,就能強化增加抗氧化功能。諸如此類的產品開發,都是生質能源團隊之後將持續評估的方向,且將朝向生技方面發展,協助台泥公司跨業經營後的產品線更為完整。

對於台泥而言,這是經營方向的轉型,對於生質能源研發團隊來說,則是通往夢想之路的一個階段,「我們還是會繼續投入微藻生質柴油研究,這件事情從未改變。」盧文章強調說著,「然而,要成就夢想,還是需要企業繼續支持,因此,我們將先協助業界獲利,讓企業覺得值得繼續合作,支持我們的研究,我們才會有機會尋求更重大的突破,對社會做出更大的貢獻。」

與企業合作開發可在短期獲利的高價值應用,這是生質能源研究團隊的短期變通模式,藉以支持生質能源的長期研發。盧文章說,「沒有走不下去的路,在前方暫時遇到路障時,我們可以選擇如何轉彎、繼續朝著目標前進。」生質能源團隊的一轉彎,帶來的是「柳暗花明又一村」的豁然開朗,不僅為企業帶來全新視野,對於團隊成員來說也未嘗不是一種突破,生質能源團隊與台泥公司的合作,也因此成為碳循環經濟的最佳示範案例。

至於跟台泥團隊磨合的問題,盧經理表示,台泥公司是個很尊重專業的團隊,雙方擁有同一個目標一起努力前進,計畫得獎之後,他除了感受到獲得肯定及成就感的愉悅心情,二方面也更深信現在的方向是對的,未來,團隊將持續協助業界朝向產業轉型升級的目標邁進,也希望透過彼此的努力,讓環保減碳不只是一個口號,而是切實可行的期許與理想。


感言:經理 盧文章

本團隊很榮幸能與台泥公司一起獲得第5屆國家產業創新獎-團隊類獎項,也感謝主辦單位給予我們共同合作之創新碳循環經濟-「微藻減碳與高產率蝦紅素產業應用模式」肯定!

創新突破一直是本團隊的研發動力,在經濟部能源局的經費支持下,積極投入微藻生質燃料技術開發,突破微藻上、中、下游之關鍵技術,並透過微藻固碳能源及高值化產品利用之可行應用創新模式,達到碳循環經濟效益,引領台泥公司投入蝦紅素產品生產,發展新事業。

在這裡也要特別感謝已故的台泥公司辜成允董事長對本團隊的支持,使本微藻創新應用模式能順利達成。未來也期許能持續協助國內相關產業強化微藻技術研發,提升經濟競爭力及價值鏈,加速微藻固碳能源及產業應用的實現。

資料來源:第5屆國家產業創新獎得獎專輯《創新x淬鍊》

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