生質能源介紹
在發現石化燃料之前，人類依賴植物這類生質物以滿足能源需求。19世紀發現原油，創造了廉價燃料來源，也開始了全球工業化的發展，亦提升人類生活水準。現今，隨著石油來源的短缺，開發新能源成為一項全球重要的議題，但在這同時也需將政治、環境因素與石化燃料的關係列入開發新能源的考量，因此發展具經濟性與能源效益程序的加工製程是，以提昇新興能源的價值及適用性是一件刻不容緩的事。
在此前提下，植物類的生質物是目前唯一能提供有機碳、生質燃料與由植物生質物衍生燃料的可靠來源，也是唯一能夠提供足夠液態燃料的穩定料源。生質燃料的生產，意味這比石化燃料更低的溫室效益氣體排放，甚至如果開發較高效率的生質燃料製備技術，它還具有中和溫室效應氣體的功用。
生質物，一般而言以低密度型式生成，必須被收集並運輸到一個集中加工地點，在此被轉換成燃料。生質物可以食用與不可食用部分可以分離，不可食用的部分在轉變為燃料。由生質物獲得的養分可以被分離與再利用以作為生質物進一步生長所需。
圖2 生質物成長與製造流程
Source:Huber, G.W., Iborra, S. and Corma, Avelino, “Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineering”, Chem. Rev. 2006, 106, pp.4044-4069
植物利用太陽能結合二氧化碳與水形成由糖類所組成的(CH2O)n化合物與氧氣，糖類以纖維素、澱粉、或半纖維素方式儲存在聚合物中，大部分的生質單體約含75wt.%的糖類聚合物。而生產生質燃料的第一步是取得便宜且來源不於匱乏的生質物料，因此生質物料源為重要的議題。生質燃料進料可由下列幾種物種選擇：廢棄物質(農業廢棄物、莊稼殘餘物、木質廢棄物、城市廢棄物)、森林產物(木頭、伐木殘餘物、木、灌木、矮樹)，能源作物(如：玉米、小麥、大麥、甘蔗、牧草、木質作物、蔬菜油、碳氫化合物)，水生生質物(藻類、水草、水百合)等。
生質物的構造部分主要由纖維素、半纖維素和木質素等組成，其他較少量的成分包括尿酸(Uronic acid)、三酸甘油酯、生物鹼、顏料、樹脂、固醇(sterols)、烯類(terpenes)、和terpenoids蠟。在一般的陸生生質物中約有60-90wt. %由纖維素(結晶性葡萄糖單體)和半纖維素(複雜的非晶相聚合物，主要成份為木糖單體)所構成。木質素，一種聚芳香烴化合物，是生質物的主要成分之一。生質物少量組成成份可由萃取方式分離，萃取方式包括以熱水或冷水、乙醚和甲醇之類的溶劑中萃取。
纖維素，如圖3所示，由D-糖蛋白單體的線性β-1, 4連結的多糖類所構成。澱粉不一樣的是纖維素為一種具有延展性、平板型、兩摺式螺旋狀結構的結晶型物質，當中氫鍵可以幫助維持並增強線性鏈狀型態的平板強度。纖維素鏈結的最上端與最下端為疏水性，而纖維素鏈結的周圍是親水性並具有氫鍵的能力，這是因為所有脂肪族的氫原子都在axial的位置，具極性的氫氧根群則在equatorial位置。以木材與棉花為例，纖維素的聚合程度分別由10,000與15,000個糖蛋白單體組成，經過部分酸水解，纖維素被破壞形成cellobiose(二葡萄糖聚合物)、cellotriose(三葡萄糖聚合物)與cellotetrose (四葡萄糖聚合物)；如果是利用完全酸水解，木質素完全被分解成葡萄糖。
圖3 生質物反應前後的結構
(Hsu, T. A., Ladisch, M. R., Tsao, G. T., Chem. Technol. 1980, 10, 315.)
廣義的生質物的種類非常多，依據各種生質物的物理與化學性質、密集度、經濟性的不同，而有不同的轉換方式與應用方式。可概略歸納了生質能的轉換與應用方式，就轉換方式可概分如下：
1. 熱轉換（thermal conversion）：如以直接燃燒生產蒸氣，或以氣化（gasification）、裂解（pyrolysis）方式產生合成燃氣（syngas）或燃油；
2. 生物/化學轉換（bio-/chemical conversion）：如經發酵（fermentation）、酯化（esterification）等程序產生酒精汽油（gasohol）、沼氣（biogas）或生質柴油；或利用生物菌種等方法產生氫氣、甲醇等燃料。
生質能應用方式也相當多元化，最常見的例子如直接燃燒或是與傳統化石燃料如煤炭、燃料油或是天然氣混合燃燒產生蒸汽與電力；或是生質柴油與酒精汽油可作為運輸燃料；更先進的方式如生質氫氣（bio-hydrogen）可供應燃料電池產生電力。
第一代生質燃料，大多數來自油脂性、澱粉或醣類的糧食作物，這種生質燃料存在著能源與糧食競爭的疑慮當中，因此目前許多的研究均朝向第二或第三代生質燃料，為主要的發展方向，此類生質燃料主要以纖維素、半纖維素及木質素為主的生質物或生質廢棄物為主要的料源，經過適當程序將，生質物轉換成生質燃料，這些程序可依轉換而成生質燃料狀態分成生質燃料固態技術生質燃料液態技術及生質燃料氣態技術. 本實驗室分別針對生質燃料固態及液態技術兩者當中的生質物炭焙技術及生質物快速裂解產油技術進行研究發展, 並分述如下:
l 生質固態燃料技術
l 生質液態燃料技術
l 綠色燃燒技術