新一代棕櫚生質柴油

新一代棕櫚生質柴油 (Next-generation palm biodiesel)
國立臺灣師範大學生命科學所博士生郭亭君

生質柴油 (biodiesel) 是以植物油、動物油或廢食用油為原料，與短鏈的醇類進行酯交換所形成的脂肪酸烷基酯類，是一種符合綠色環保的再生能源，自20世紀起已引起相當的注意。然而，自2008年，生質柴油工業面臨到原料價格昂貴的處境，即便嘗試使用低價的非食用性油脂當原料，例如痲瘋樹油，其生產也尚未進入大規模量產製程。

大部分生質柴油的製程是利用鹼催化轉酯化的過程，此過程需要利用精煉後油脂當作原料。即便棕櫚油已經是一種相當具有價格競爭性的原料，但其價格還是會隨著國際原油的價格而變動，因此尋找成本低廉的原料供應來源，是持續努力的目標。

植物油脂精煉過程中所產生的副產物主要為脫臭蒸餾物 (deodorizer distillates) 與肥皂，經濟價值低廉，但若從植物油脫臭蒸餾物 (vegetable oil deodorizer distillates, VODD) 中萃取出維生素E、植物固醇 (sterols)，抑或將其當作生質柴油的原料來源，則可創造出額外的利用價值。VODD中的游離脂肪酸含量範圍為25～75%，其組成會根據油品來源、精煉過程等因素而產生相當大的差異。

圖一 棕櫚樹 Oil palms (Elaeis guineensis) （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Elaeis_guineensis）

棕櫚蒸餾脂肪酸 (palm fatty acid distillate, PFAD) 是從精煉原油棕櫚油過程中獲得的產品，它廣泛應用於各種工業，例如生產蠟燭，化妝品，化妝品和醫藥產品等工業。棕櫚油在脫臭及去除游離脂肪酸的精煉過程中，會伴隨著副產物PFAD的生成，PFAD含有約82%游離脂肪酸、少部分的甘油酯類 (glycerol ester) 及非甘油類化合物（例如：維生素E、squalene、phytosterols），利用PFAD進行酯化反應 (esterification)，為生產生質柴油的另一項原料選擇。馬來西亞及印尼為棕櫚油的最大生產國，資料統計2009年其分別生產17.5及20.9百萬公噸的棕櫚油。棕櫚油在馬來西亞當地精煉後外銷，主要應用於食品工業，2010年統計總計有700,000公噸的PFAD在精製棕櫚油的過程中被產出。

PFAD含有高量的游離脂肪酸，以游離脂肪酸含量高的原料用於生質柴油的轉化，大多僅限於實驗室規模操作，2009年印尼研究團隊首先突破製程瓶頸，成功利用PFAD為原料創造出200公噸/天的產值。此製程已於2010年成功輸出至巴西、菲律賓以及婆羅洲等地。PFAD內含有少量的植物化學物質 (phytochemicals)，例如利用PFAD萃取維生素E的製程已經被商業化。

圖二 棕櫚果實 Oil palm fruit （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Elaeis_guineensis）

綜合觀之，將PFAD的游離脂肪酸轉化成甲基酯類（即生質柴油）後，透過蒸餾方式將甲基酯類蒸發，蒸餾物則為高純度的生質柴油，沉澱物為高價的植物化學物質，這種生質柴油製程中的副產物提高了以PFAD當作生質柴油原料的附加價值。

目前全世界以PFAD當作生質柴油原料來源的研究相當少，現有的製程仍以化學催化法為主，雖然利用化學方法催化的反應快速且價格便宜，但後續的純化、汙水處理問題還是必須耗費相當的人力與經費，並非長久之道。脂肪酶(lipase) 具有催化交酯化的功能，可以作為合成生質柴油的生物觸媒。利用脂肪酶進行交酯化（或醇分解）反應來合成生質柴油的技術已相當純熟 (Nie et al., 2006; Park et al., 2005)，尤其是針對游離脂肪酸含量高的油脂，例如PFAD，脂肪酶亦可藉由酯化反應將其轉化為反應，不會產生如化學催化法的皂化反應。

相較於酸或鹼的化學催化反應，使用酵素尚具有下列的優點，例如反應效率佳、受質專一性強、反應條件單純、不需化學方式的高溫、高壓等耗能製程、副產物分離方便、不必考慮廢水回收問題、而且酵素可固定化重複使用、甚至利用基因工程可達到優化酵素功能等優勢。因此，這種利用酵素生產「綠色生質柴油」的新方法，極具開發潛力。

參考文獻

1. Cheah, K.Y., Toh, T.S. & Koh, P.M. (2010). Palm fatty acid distillate biodiesel: Next-generation palm biodiesel- Inform – Membership – AOCS.

http://www.aocs.org/Membership/FreeCover.cfm?ItemNumber=3504

2. Dos Santos Corrêa, I.N., de Souza, S.L., Catran, M., Bernardes, O.L., Portilho, M.F., Langone, M.A.P. (2011). Enzymatic biodiesel synthesis using a byproduct obtained from palm oil refining. Enzyme Research. Vol 2011. pp. 1–8.

3. Nie, K., Xie, F., Wang, F., Tan, T., (2006). Lipase catalyzed methanolysis to produce biodiesel: Optimization of the biodiesel production. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 43, pp. 142–147.

4.Park, E.Y., Sato, M., Kojima, S. (2008). Lipase-catalyzed biodiesel production from waste activated bleaching earth as raw material in a pilot plant. Bioresour Technol, 99(8), pp. 3130-3135.