生質燃料為現今再生能源發展的重點之一，其中將非糧食作物作為燃料的技術更是受到重視，文章介紹將生物廢料及殘餘物轉化為燃料的先進技術，並討論其技術原理、面臨障礙與趨勢。

先進生物燃料的發展為生質能源發展的新方向，其打破以往燃料的來源，將林業殘留物、生物廢料及固體廢物等作為燃料的原料，除了能將廢物再利用外，對土地利用變化幾乎毫無影響。文章介紹三種先進生物燃料技術，包含生化技術、熱化學技術及油脂化學技術，並探討其技術原理、面臨障礙與趨勢。

一、生化技術(Biochemical technologies)
透過熱化學技術破壞生物質的細胞結構，將存在於生物質中大量的碳水化合物分解為單體，將醣發酵為醇類並作為燃料使用。
(一)發酵技術(Fermentation)
1.技術原理
發酵技術為將醣類及澱粉作物作為原料，對其進行解構，並使用酵母或細菌轉化為乙醇的成熟技術，其中纖維素為常見的原料之一。發酵技術的過程如下：
(1)預處理(pretreatment)技術
預處理技術為材料在過程中是否完全被利用扮演重要的角色。由於木質纖維素的纖維壁屬較複雜之結構，因此需對其進行解構。常見的預處理技術如蒸氣爆破技術，此項技術廣為工業公司使用，缺點為需耗費大量能量。
(2)水解(hydrolysis)技術
水解技術為將經預處理過後的材料透過酶或稀酸化為較小的分子。酶為最常見的水解途徑，然而其成本較高；稀酸價格雖較便宜，然而其產生的抑制劑將對發酵過程產生負面影響。
(3)發酵及回收技術
將水解後的材料透過酵母或細菌將醣轉化為生物燃料。過程中需在加壓的發酵罐及流通的高壓滅菌器中進行。
2.面臨障礙與趨勢
(1)預處理技術的優化
由於在選擇原物料時須避開對發酵菌有害之物質，並降低微生物無法充分利用的成分，未來將針對生物質的預處理技術進行優化，確保發酵過程的流暢度。
(2)水解及發酵技術的改善
由於木質纖維素原料較一般醣類更堅固，因此傳統酶無法完全有效地進行發酵。須開發新的酶混合物或能同時水解及發酵的微生物，並篩選更具分離與代謝基因的酵母與菌種，以提高生產效率。

(二)厭氧消化技術(Anaerobic Digestion, AD)
1.技術原理
為微生物在缺氧的環境下，透過分解工業或生活廢物產生燃料的技術。厭氧消化技術的預處理技術與發酵技術相似，現今汙水、汙泥與廢物主要是透過蒸氣爆炸的預處理方式進行，並將經預處理後的原料透過微生物分解所產生的沼氣作為燃料。
2.面臨障礙與趨勢
對使用厭氧消化技術的工廠來說，原料供應為當前發展主要的障礙，除了取得大量纖維素及木質素的原料外，原料中的甲烷產量仍有許多改善空間。此外，與廢物管理等公部門的整合為其當前發展一大方向，除了增加發電燃料外，亦有益平衡城市中的廢棄物。

二、熱化學技術(Thermochemical technologies)
透過高溫與高壓將生物質轉化為氫氣及一氧化碳的合成氣體，並轉化為燃料或化學物質，接著在無氧狀態下快速熱解生成生物油的液體混合物，並進一步加工為液體燃料。
(一)以費托合成氧化生物質變液體燃料(Gasification with Fisher-Tropsch for BtL production)
1.技術原理
木質纖維素及生物質原料於高溫且加壓的氣化爐中加熱，進一步氣化產生氫氣及一氧化碳，使用催化劑及添加劑輔佐反應加速生成液態烴或液態化合物，最後加工為液體燃料。
2.面臨障礙與趨勢
以費托合成氧化生物質變液體燃料在商業上大規模使用的成本較高，原料量的供應及運輸的距離使得生產成本大幅增加。提升生物質轉化為合成氣體階段的技術，例如淨化合成氣體以去除焦油、顆粒物質及雜質等，除了能提升效率及品質外，亦能降低加熱過程中產生的熱能損失。

(二)以甲烷化反應生成天然氣原料(Gasification with methanation for SNG production)
1.技術原理
在高溫及高壓的環境下使用蒸氣氣化及催化劑生成甲烷及水的合成氣體，並進一步加工為燃料。除了需適當調整生物質氣化的步驟外，亦須注意焦油的生成將對催化劑的性能產生負面的影響。
2.面臨障礙與趨勢
催化劑活性是甲烷化反應完成度高低的關鍵因素，現今主要幾種催化劑皆以鎳作為活性成分，然而成本關係使得此項技術發展受到限制。

(三)快速裂解(Fast Pyrolysis)
1.技術原理
裂解是生物質透過加熱分解產生油、氣體及生物炭的技術，其中透過催化劑可增加裂解的速度並提高產量。而裂解的生物油可被用於電力應用的燃料，亦可加工後直接使用。
2.面臨障礙與趨勢
由於生物油的特性屬高酸性、高黏度且富含水分，其質量會隨著時間增加而下降，造成難以儲存及運輸，使得下游加工難度增加且生產能力有限，較無法規模生產，現階段許多國家仍致力改善這項問題。

(四)水熱液化(Hydrothermal liquefaction, HTL)
1.技術原理
此項技術與裂解技術最大的不同在於其主要處理富含水氣的生物質，尤其針對城市中高濕度的有機物料及大型藻類，在高溫、高壓及富含水分的環境下，將生物質轉化為液態油，並作為燃料使用。
2.面臨障礙與趨勢
透過水熱液化技術提取藻類中的脂質為一項熱門的議題。高濕度原料提取油脂的過程中除了須控制原料組成、反應時間及溫度外，催化劑的使用更是影響生成物的品質，近期研究更致力在將藻類轉化為其他有機成分的研究。

三、油脂化學技術(Oleochemical technologies)
透過脂質原料轉酯反應或加氫處理的化學技術生產燃料，常見例子如綠色柴油或航空燃料。
(一)廢棄油脂轉酯反應(Transesterification of residual/waste oil and fats)
1.技術發展
廢棄油脂轉酯反應是一種酯交換反應，為油脂在醇類及鹼性催化劑的存在下分解為酯類及甘油的技術，現今常用於處理原料中的汙染物。
2.面臨障礙與趨勢
廢棄油脂轉酯反應是一項大規模被使用的技術，現今在歐盟常透過此技術獲取大量的非食品廢物原料生物燃料。為有效提升轉換效率及降低成本，近期致力在廢棄原料中尋求可用資源，從而提高生成物的產量。

(二)廢棄油脂加氫處理(Hydroprocessing of residual/waste oil and fats)
1.技術發展
廢棄油脂加氫處理是在催化反應器中加氫以進行飽和及加氫脫氧反應，此外，還用於氫化後除去羰基(carbonyl group)並同時使甘油化合物裂解，形成烷類和游離脂肪酸鏈，除了可添加於化石柴油外，亦可直接作為燃料使用。
2.面臨障礙與趨勢
反應所產生的化合物雖有多種用途，然而為了形成足夠的氫，脫氧途徑會耗費大量的原料，因此尚需在反應的各環節中進行改善及規範。