中华民国第五十届中小学科学展览会Word文档格式.docx
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附錄一、實驗照片………………………………………………………..17
附錄二、實驗心得………………………………………………………..20
化腐朽為酒精—廢棄物提煉生質酒精之探討
摘要
生質酒精可以添加在汽油中,降低汽油的使用量,同時也降低對環境的汙染,是汽油的替代品,也是再生能源。
本研究要使用我們容易取得的農業廢棄物來製作生質酒精,研究的問題有:
一、廢棄稻草是否能製作出酒精?
二、糧食類原料(生白米、玉米粒)和廢棄物原料(甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮)是否能製作出酒精?
三、比較糧食類原料和廢棄物原料,哪一組的酒精生產效率較好?
四、廢棄物原料有甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮,那一種的酒精生產效率較好?
五、用廢棄物原料製作酒精會產生殘餘物,這些殘餘物是否能幫助燃燒?
六、這些殘餘物是否能做成肥料?
結果發現廢棄稻草製酒過程中會酸敗,無法製成酒精,但是糧食類原料(生白米、玉米粒)和廢棄物原料(甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮)都能製作出酒精。
糧食類原料的酒精生產效率較好,而廢棄物原料的酒精生產效率大約是糧食類原料的42%,其中廢棄物原料中甘蔗渣的酒精生產效率最好,玉米外皮的酒精生產效率最差。
用廢棄物原料製酒後會產生殘餘物,這些殘餘物都不能幫助燃燒,但是這些殘餘物可以做成肥料。
1、研究動機
我們在南一版六年級課程中學到再生能源與永續家園的課程,讓我們更加體會到珍惜自然資源與開發再生能源的重要性。
現代的化石燃料(石油)根據報告,石油最多也僅夠用四十年,根據荷蘭殼牌公司的估計,迄2060年,全球將有半數的電力來自再生能源〔圖一〕。
石油是不可再生資源,從石油中提煉出的汽油有限,而且會造成環境污染。
於是各國紛紛把種植糧食的土地改種生質酒精的原料(例如玉米、甘蔗等),使得糧食生產大量減少,又造成糧食不足的問題,所以生質酒精的原料與糧食生產產生排擠問題。
我們推測許多農業廢棄物都含有澱粉,因此本實驗要使用我們容易取得的農業廢棄物(例如廢棄稻草、玉米外皮、玉米梗、甘蔗渣)來製作生質酒精,以解決生質酒精的原料與糧食生產的排擠問題,並從中觀察製酒的過程,應用到南一版六年級課程中認識二氧化碳及黴菌,黴菌會將澱粉分解成醣,酵母菌發酵會產生二氧化碳等知識,最後比較各種生質酒精生產效率。
圖一、能源的生命週期
圖二、研究動機流程圖
2、研究目的
四、我們容易取得的廢棄物原料有甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮,那一種的酒精生產效率較好?
六、用廢棄物原料製作酒精會產生殘餘物,這些殘餘物是否能做成肥料?
3、研究設備與器材
研究目的
器材
數量
用途
研究目的一
及
研究目的二
廢棄稻草
100g
提煉燃料
生白米
玉米粒
甘蔗渣
玉米梗
玉米外皮
酒麴
150g
使廢棄物糖化發酵
天平
1組
量酒麴重量
寶特瓶
6個
裝提煉酒精的原料
攪拌棒
1支
攪拌
垃圾袋
2個
密封瓶口
彈簧秤
1個
量原料的重量
線香
數根
測試有無二氧化碳(發酵)
打火機
點火
研究目的三
研究目的四
過濾網
過濾酒液中的雜質
酒精燈
從釀造酒液中蒸餾出酒精
酒精燈架
石棉網
圓底燒瓶
溫度計
冷凝管
水管
2條
固定冷凝管支架
燒杯
3個
水桶
100毫升量筒
5個
測量蒸餾酒精的濃度
0~50度酒度計
研究目的五
殘餘物(製酒的廢棄物)
適量
燃燒測試
夾子
研究目的六
肥料測試
土
種植綠豆
4個
種植容器
綠豆
20個
比較綠豆生長情形
肆、研究過程與方法
一、研究目的一及研究目的二
(一)把製酒原料(廢棄稻草、生白米、玉米粒、甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮)切成小塊狀,用彈簧秤量出100克原料,放入寶特瓶中。
(二)用天平量出30克酒麴,倒入1200毫升的水,攪拌之後再倒入寶特瓶中。
(三)用攪拌棒將寶特瓶內的液體攪拌均勻,最後剪一小塊垃圾袋密封瓶口。
(四)每三天攪拌一次,並點燃線香放入瓶中,觀察線香是否熄滅,寫下酒液觀察紀錄。
(五)等到瓶中完全無氣泡冒出時,即完成製酒過程。
二、研究目的三及研究目的四
(1)用過濾網過濾掉酒液中的雜質,測量過濾後的酒液量並紀錄。
(2)每種酒液取200毫升倒入圓底燒瓶中,用酒精燈將酒液加熱。
(3)到達75度時開始將冷水由下倒入冷凝管中,冷卻蒸氣變成酒精。
(4)直到蒸餾酒精量到75毫升時停止蒸餾。
(5)將蒸餾酒精倒入100毫升量筒,放入酒度計,紀錄酒度。
三、研究目的五
用夾子夾起殘餘物,點火並觀察燃燒反應。
四、研究目的六
(1)將寶特瓶切割成一樣大小。
(2)先在瓶中放入一層土,其中3瓶各放入不同的殘餘物,再加上一層土。
另外一瓶只放入土壤。
(3)每瓶放入5個綠豆,觀察並紀錄綠豆生長情形。
圖三、生質酒精製造流程(紅色方塊為廢棄物)
伍、研究結果
本實驗用100克沒有切碎的稻草和100克切細的稻草來製酒,將結果記錄在表一。
結果發現:
點燃線香放入瓶中,線香立即熄滅,表示瓶中有二氧化碳。
但是製酒過程中,沒有氣泡產生,也完全沒有酒味,最後反而產生恐怖的酸臭味,表示瓶中液體已經酸敗,無法製成酒。
本實驗顯示:
廢棄稻草無法製成酒精。
表一、廢棄稻草製酒過程記錄表
日期
粗稻草
細稻草
備註
98.12.15
(第1天)
測量100克稻草,直接放入瓶中。
測量100克稻草,切碎切細後再放入瓶中。
添加酒麴和水,開始製酒
98.12.22
(第7天)
沒有變化。
有些稻草上有白色絲狀物,看起來像是黴菌。
98.12.29
(第14天)
有些稻草上有白色絲狀物,看起來像是黴菌
浮在水面上的稻草長滿白色絲狀物。
瓶中液體呈深褐色。
有酸臭味。
99.01.05
(第21天)
稻草長滿白色絲狀物。
有濃厚酸臭味。
有一層白色塊狀漂浮物。
99.01.12
(第28天)
有恐怖的酸臭味。
99.01.19
(第35天)
情形同上,沒有新變化。
點燃線香放入瓶中,線香立即熄滅。
線香立即熄滅,表示瓶中有二氧化碳。
本實驗分別用100克的生白米、玉米粒、甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮來製酒,將結果記錄在表二,根據表二製成圖四的比較圖。
不論是用糧食類原料(生白米、玉米粒)或是用廢棄物原料(甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮)來製酒,都會出現七種情況:
罐子膨脹、搖晃時有大量氣泡上浮、線香放入會熄滅、有明顯酒味、酒液是橙黃色、原料被分解成小顆粒狀、水面上會有白色大氣泡或漂浮物。
表二、各類原料製酒過程記錄表
原料
99.01.22
(第1天)
開始製酒
99.01.24
(第2天)
99.01.28
(第6天)
99.02.01
(第10天)
99.02.04
(第13天)
99.02.08
(第17天)
罐子膨脹
搖晃時有大量氣泡上浮
線香放入會熄滅
有明顯酒味
酒液是橙黃色
原料被分解成小顆粒狀
水面上會有白色大氣泡或漂浮物
圖四、製酒的經過天數與7種過程情況比較圖
(一)製酒第2天:
會出現3種情況,分別是罐子膨脹、搖晃時有大量氣泡上浮、線香放入會熄滅。
但是到第10天後,這3種情況趨緩。
原因分析:
酒麴含有根黴及酵母菌,剛開始製酒時會有大量的澱粉被根黴分解成大量的醣,大量的醣再被酵母菌發酵而產生大量的二氧化碳,所以會有罐子膨脹、搖晃時有大量氣泡上浮、線香放入會熄滅的情況產生。
第10天後,因為澱粉被分解而減少,發酵速度變漫,產生的二氧化碳變少,所以這3種情況趨緩。
圖五、酒麴將澱粉發酵成酒的流程圖
(二)製酒第6天:
開始出現新的3種情況,分別是有明顯酒味、 酒液是橙黃色、原料被分解成小顆粒狀。
第6天之後,已經有大量的酒產生,所以會有明顯酒味,而且酒液呈現橙黃色。
因為澱粉已經被分解,所以會有許多小顆粒漂浮在酒液中或水面上。
(三)玉米外皮的反應過程較慢,推測是澱粉含量較少。
(4)製酒第10天:
開始出現白色漂浮物,甘蔗渣和玉米外皮到第21天也開始出現白色漂浮物。
我們推測白色漂浮物有可能是酵母菌,但這需要再進一步研究。
糧食類原料(生白米、玉米粒)和廢棄物原料(甘蔗渣、玉米梗、玉米外皮)都能製作出酒精。
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