生化燃油开端

2020-07-24  阅读 904 次


文:编辑部

你一定听过Hybrid、LPG瓦斯车甚至在路上也能见到,这些新世代车种在台湾因较高售价或需进行改装等因素让人裹足不前。或许你曾想过,是否有种能源可在家生产,并能直接加入爱车不需改装或换车,这就是所谓「生化燃油」。它是洁净的可再生能源,以大豆、油菜籽等油性农作物为原料製成的替代燃料。


▓ 你一定听过Hybrid、LPG瓦斯车甚至在路上也能见到,这些新世代车种在台湾因较高售价或需进行改装等因素让人裹足不前。或许你曾想过,是否有种能源可在家生产,并能直接加入爱车不需改装或换车,这就是所谓「生化燃油」。它是洁净的可再生能源,以大豆、油菜籽等油性农作物为原料製成的替代燃料。 


由于柴油引擎有着高扭力、省油、结构简单与耐用等优点,加上它的精緻度与各项效能均大幅进化,所以在欧洲已长期占有广大市场。而LPG在国外也行之多年,国内与亚洲国家也有部分计程车辆使用。此外,目前许多车厂均研发Hybrid车种,作为动力与节能均衡间的过渡产品,甚至国外一线车厂亦投入数十亿美金从事开发Fuel Cell车,但基于某些成本与技术面无法突破,短期内暂不可能量产。在此之中,还有一项在欧、美各国风行已久并趋于实用的替代能源,就是本次主题-生化燃油。 


生化燃油一词其实可说是生化柴油,因现今的柴油引擎不需作任何更改装即可直接使用,不但来源天然、环保,燃烧后所产生一氧化碳与碳氢化合物等废气含量都较石化柴油低。除此之外,它不需添加硫化物以增加润滑性,故不会产生硫化物与铅等有毒物质污染大气。生化柴油主要由菜籽油甲基酯(Rapeseed Oil Methyl Ester)构成,于欧、美等先进国家已发展30年以上。它的原料不像石化柴油源自石油,而是採用回收食用油与相关油性作物,如利用花生油或葵花油等回收废油,经交酯化反应加工为生化柴油,因此除催生出新型燃料外,又可大幅回收废油,一举两得。


在此简述其转化步骤,首先将原料充份混合醇类(通常使用甲醇Methanol)并加热产生交酯化反应,而此阶段之生成物为甘油(Glycerin)与甲基酯(RME),接着以离心机分离后加入醋酸(CH3COOH)以中和甲基酯PH值,之后以蒸馏水置换杂质,再静置适当时间后蒸馏即可得生化柴油,此方法之转化率可高达九成五以上。除上述转酯方式外,目前亦有化学与酵素两种转换法,但基于量产与成本考量,现今以化学合成方式居多,可是酵素方法却有化学方法所不及之处,酵素方式不需化学方式的高温、高压等製程,亦不会生成有害副产物。 


加工转化够环保

效能安全不担忧


目前生化柴油能见度最高的地区为欧盟各会员国,因其为柴油引擎的市佔率最高,不过农作物来源则依各国而异。欧盟国使用菜籽油、南非为葵花油、美国则是用大豆油,并依照各国空汙法规于石化柴油中添加适当比例的生化柴油。至于如何辨别生化柴油,在欧盟国家多以B20与B5为主,如B5就是以5%的生化柴油混合95%石化柴油,而混合柴油经燃烧后的废气排放可减轻达两成以上,欧洲首家量产生化柴油的法国Total公司近年来产量已达50万吨以上,预计2010年将突破900万吨。巴西、德国等亦有数座生化柴油厂已陆续营运,希望藉此搭上生化柴油的顺风车,提高就业机会与改善经济环境。 


在保存安全性方面,生化柴油比石化柴油更安全,因生化柴油闪火点可达100°C以上,而石化柴油则为52°C左右,所以可于常温下保存与运送。由于生化柴油含有各类氧化物可使燃烧更完全,减少有害废气产生,通常在较低气温下,生化柴油同样会呈不透明胶状型态,故在寒带国家一般不使用B100,相对地B20则是较折衷之方式,不但可避免低温时所造成的油管阻塞,且其流动点(Pour Point)及凝结点(Cloud Point)可相对提昇以增加实用性。此外,生化柴油亦经耐久测试,并获欧美等相关研究单位证实不论在动力输出等特性均与石化柴油相当。


另一方面,因应生化燃油所需农作植物原料可间接扩增绿地面积,并可藉植物多吸收二氧化碳量,达到理想的生态循环。经学术界研究证实甲基酯在水中经30天的自然分解率可达九成以上(石化柴油仅为四成左右),且不会危害水中生物,而製造过程的副产物-甘油,亦可广泛应用于不同领域,可说是一举数得。由于生化柴油之低汙染,不但减少了进口原油负担、创造就业机会等优点,欧盟国纷纷祭出减税以鼓励推动民间生产,不过由于尚未完全普及降低成本,致使经赋税补贴后的生化柴油才能和石化柴油价格相当,以鼓励车主接受使用生化燃油。


尚未普及成本高

略有隐忧待解决


以现阶段来说,生化燃油必须面对的现实缺点包括因加工製造与尚未普遍化等因素,造成车主使用生化燃料的开销比石化燃油稍高而间接降低转用意愿。至于较低含硫量导致润滑不足,国外则以相关替代添加剂来改善,且单位生化柴油所产生的爆发力会稍不及石化柴油,加上植物油脂生成的油分子体积与粘度均较石化油分子大,这将会影响引擎运作时的油气混合、供油顺畅度与喷射效能等,并易堵塞喷油嘴或残留汽缸内影响引擎效能衍伸种种问题。


虽然生化柴油可直接于一般加油站中使用原有的油料输配系统,但因成分特性可能会分解某些橡胶部分,儘管它对环境保护帮助很大,可是碍于现实成本考量,恐怕还得努力一段时间,才能将成本降低同时减轻对石油的依赖,特别是中东产油国长期独断市场的现象。 


另外,由植物(玉米或甘蔗等)中的葡萄糖转化为乙醇并作为汽油添加物的燃料,可称为生化汽油(Bioethanol),将85%乙醇加15%汽油混合称之为E85,但因乙醇有成本高、气门要相对强化、供油系统需加装加温与感测装置才能因应不同生化汽油比例,以进行点火和供油等重新设定,以上种种不便因素,使之均不及生化柴油,目前只有Ford、Renault与Saab车厂推出对应车款,而氢气车亦因部分关键零件、技术及成本问题无法突破,在短时间内不易推广。 


以上叙述主要是介绍目前最具前瞻性的替代燃料-生化柴油,但由于政府策略与相关补助尚处萌芽阶段,一时无法量产以降低成本。不过,国内环保署从去年下半年已逐步推展生化柴油,目前先少数测试于公务车辆,且经济部能源局与工研院也辅导国内两座生化柴油工厂,合计年产量约为2千公吨,只能供测试及宣导车辆使用,而每公升价格初估约为36元左右,较石化柴油高。以台湾目前欲迈入已开发国家的步调中,政府应当积极推动替代燃料,以保护地球环境展现我国的前瞻眼光与高水準。 


生化柴油与石化柴油的比较

生化柴油

石化柴油

闪火点

118℃

52℃

硫量

<0.01%

0.2%~0.5%

十六烷值

50

42~50

毒性

较高

生化分解率

88~95

40

废气味

不佳

燃烧产氧量

较少

  

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