甘蔗纖維的使用日益廣泛,起因為甘蔗是全球產量最大的農作物之一,每年產出超過10億噸,因此也會產生大量甘蔗纖維,人們為了能妥善利用資源,開發出許多甘蔗纖維的新用途,包括做為塑膠替代材料、生質燃料、堆肥或食品添加劑等,極具發展潛力。
甘蔗纖維是什麼?
甘蔗纖維主要來自於甘蔗莖榨汁後剩餘的纖維部分,含有豐富的纖維及水分,人類從古埃及時代便開始有甘蔗種植及製糖的歷史,大航海時代後隨著糖的國際貿易,適宜生長於高溫少水環境的甘蔗,於熱帶地區被人類大規模種植,到了注重資源永續利用的現代,榨糖後剩餘的甘蔗纖維開始廣泛應用於各個領域中。
甘蔗纖維是如何製成/產出的?
甘蔗纖維由甘蔗的莖所製成,在汲取甘蔗中的汁液及糖分後,會剩下甘蔗纖維,這些甘蔗纖維若要用來作為塑膠及紙類替代品,需經過破碎、清洗及煮沸等過程後,產生類似於紙漿的甘蔗纖維漿,甘蔗纖維漿可重新塑形並用來製造各種產品,例如食品包裝、紙張、紡織品、膳食纖維添加劑等。
根據發布於2021年2月” International Journal of Biological Macromolecules”期刊第169期的”Cellulosic and hemicellulosic fractions of sugarcane bagasse: Potential, challenges and future perspective.”一文簡介,甘蔗纖維的組成成分如下:
- 32-45%的纖維素(cellulose)
- 20-32%的半纖維素(hemicellulose)
- 17-32%的木質素(lignin)
- 1-9%的灰分(ash,植物體中的礦物質及無機鹽)
- 其他成分
甘蔗纖維用於哪些地方?甘蔗纖維產品有哪些?
目前甘蔗纖維廣泛應用在日常生活中的各個領域,包括工業、畜牧業、農業、食品業、污染防治業及營造業等,以下將會就每個行業目前的用途發展一一介紹。
工業
甘蔗纖維中含有許多的有機碳,過去便時常作為糖廠製糖鍋爐燃料,同時進行蒸氣發電,現今甘蔗纖維可加入塑料、紙張、紡織等其他廢棄物,根據不同熱值混合壓縮成固態燃料,提高燃燒效率並減少碳排放量,使用於固態燃料發電廠或水泥廠等。
此外甘蔗纖維也可以在透過物理或化學破壞結構後,以水解方式將纖維素及半纖維素分解為單醣,在透過酵母菌發酵製作生質酒精,用於新能源燃料車及發電中。
畜牧業
由於榨糖後剩餘的甘蔗纖維中的營養價值不足,故甘蔗纖維不能直接用來作為飼料的主要成分,但可作為精料(concentrate,濃縮營養劑,包含蛋白質、礦物質及熱能)的載體使用,提供乳牛良好的纖維來源。
食品業
甘蔗纖維經過處理去除其中木質素後,會剩餘豐富膳食纖維,可添加至麵包、麵條等食物中,提高營養含量並改善口感。
甘蔗渣纖維具有良好的韌性,重新塑形加工後可製作甘蔗渣食品包裝,如杯子、盤、碗、吸管及餐具等,作為可持續性的環保材質取代塑膠。
污染防治業
未經處理的甘蔗纖維即可作為生物吸附劑(biosorbent)使用,吸附水中金屬離子如鎳、鎘及鐵等,若以物理方式處理,如切割、研磨、高溫滅菌,或使用有機溶劑與界面活性劑化學修飾(Chemical modifications),更能進一步增加生物吸附效果,減少造紙業及紡織業使用化學藥劑或染料造成的汙染。
營造業
水泥是世界上使用最廣泛的建築材料,在生產的過程中會排放大量二氧化碳,同時釋放大量有毒氣體,如碳氫化物、二氧化硫及重金屬等,甘蔗纖維在經過燃燒、篩分或研磨後,可取代部分水泥加入混凝土中,除了減少水泥使用量外,更能提高混凝土耐酸鹼的能力及抗壓、抗拉與抗折強度。
甘蔗纖維如何應用在食品包裝、餐具上
甘蔗纖維是天然的食物包裝及餐具材料,製作的食物包裝及餐具安全衛生,不必擔心融出重金屬、雙酚A(Bisphenol A,BPA)及塑膠微粒的問題,同時防水、防油並可承受一定的酸鹼與溫度變化,使用後更可依廠商設計生物分解及堆肥,友善環境。
甘蔗纖維對環境的好處有哪些?
可生物分解&堆肥
甘蔗纖維的主要成分為纖維素,可以在自然環境中被微生物分解,並且不會如塑膠一般產生塑膠微粒汙染環境。
生物儲存碳
甘蔗在生長的過程中會將二氧化碳轉為有機碳,儲存於甘蔗纖維中,待甘蔗纖維產品的生命週期結束後,混入堆肥中分解,便能將這些碳儲存於土壤內,降低大氣中二氧化碳濃度。
營養肥料
甘蔗纖維中富含大量的碳,發酵後可用於堆肥中,提供植物養分,並讓有機質回歸大地。
低碳替換材料
甘蔗纖維為植物性材料,可替換石化產品塑膠,塑膠除了原料不可再生外,更會將地殼中的碳以溫室氣體的方式釋放回到大氣,造成氣候變遷,而因為甘蔗在生長的過程中會消耗二氧化碳,因此總體的材料碳排放基本上為零,因此適合作為低碳的替換材料。
循環經濟
Ellen Macarthur Foundation認為循環經濟應從重新設計(Redesign)開始,原則包括:消除浪費和汙染(Eliminate waste and pollution)、最大化利用(Circulate products and materials (at their highest value))與自然再生(Regenerate nature),在進行商活動時,嘗試使用甘蔗纖維重新設計,可以降低農產加工業造成的浪費及汙染,最大化利用副產品資源,同時可以透過堆肥與農作物種植持續循環再生,達成循環經濟。
進一步了解循環經濟與零廢棄,請閱讀本篇文章:「零廢棄』是什麼?零廢棄原則與等級、零浪費的生活範例。
為什麼我們要開始使用甘蔗纖維產品?5個好處
安全衛生
甘蔗纖維為天然材料,不會有塑化劑、PFAS全氟烷基物質(常用於製造防水、防油、防黏等產品,具有持久性和毒性,且會在環境中積累,對生物和人體健康造成潛在風險)及漂白劑等塑膠產品或紙類產品常出現的有害物質,具有高安全性。
雖然目前推廣重複使用產品,但在COVID-19肆虐的現代,有許多場合仍須使用一次性餐具確保衛生,而甘蔗渣產品適合作為塑膠一次性餐具的替代品,保障衛生的同時也能友善環境。
支持綠色消費
綠色消費是友善環境的消費模式,希望能讓消費者優先選擇對環境衝擊較低的環保產品,甘蔗纖維產品可在使用後自然分解,對環境的衝擊降至最低,因此選擇甘蔗纖維產品的同時也是在支持綠色消費。
可重複使用
甘蔗纖維產品雖然會自然分解,但在缺乏微生物的一般環境中,具有強大的韌性,一些廠商如renouvo在材料上特別加厚,通過洗碗機測試確認產品可重複使用,讓消費者可視使用情景決定一次性拋棄使用維護衛生,或是重複使用將甘蔗渣產品利用到極致。
堅固耐用
甘蔗渣產品經過重新塑型後,具備耐高低溫、抗酸鹼及植物的韌性,用於食品容器中,可承受日常的餐飲承裝,並能重複使用數個月至數年,相較於紙類等其他產品更加堅固耐用。
氣候行動
甘蔗屬於C4作物,是吸收二氧化碳轉換為有機碳的高效率植物,因人類對糖的需求極高,故甘蔗產品驚人,若能妥善利用這些種植甘蔗的機會,不將甘蔗纖維用以燃燒,而是製成甘蔗纖維產品,使用後回歸大地,便可達到儲存二氧化碳,等同於天然的碳補捉方式,可以協助氣候行動。
結論
甘蔗纖維具多種作用,製成甘蔗纖維產品可替代塑膠使用,並具備衛生、安全、耐用、環保等多項優點,在使用甘蔗纖維產品的過程中還能進行氣候行動,減緩人類當前最大的危機-氣候變遷,使用甘蔗纖維產品將成為未來趨勢。