(II) 生質柴油-原理與特性 授課老師: 陳奕宏 國立台北科技大學 化學工程與生物科技系 97 年 10 月 16 日

內容大綱 一、前言 二、何謂生質柴油 三、生質柴油之特性 四、台灣發展生質柴油的現況 五、國際生質柴油的發展現況 六、生質柴油作物對環境之貢獻 七、小結

一、前言 隨著人口增長與科技的進步，不論是生活或工業方面對燃料的需求量都越來越大。 雖然石油的消耗量可以衡量一個國家繁榮的程度，但根據專家的推斷，目前全球石油蘊藏量大概僅能再開採四十年或更少。近年來石油價格節節上升即為明顯的例子。 為避免能源危機，各國的研究學者紛紛積極投入新能源的開發，盼能開發出新的無污染且價格低廉之能源。 從下表可發現生質柴油為目前最為適合用來取代石化柴油的替代性能源。

各種替代能源用以替代石化柴油之評價表 資料來源： (李宗育，2005)

二、何謂生質柴油 生質柴油(biodiesel)係利用各種植物油脂或動物油脂做為生產原料，諸如大豆油(黃豆油)、玉米油、棕櫚油等，通常是配合醇類(甲醇、乙醇)經轉酯化反應(Transesterification Reaction)可生成直鏈酯類以製造生質柴油。

油料作物栽種及生質柴油生產流程 （源自歐洲耕種：一年收穫一次方式） 榨油製程 油菜籽 秋季播種 次年5月開花 油菜籽 秋季播種 次年5月開花 同年7月收成 採根莖葉與 種子分別收穫 副產品：豆渣飼料 純淨之油菜籽油 酯化為生質柴油 桶槽儲存 載運出貨 生質柴油加油站 （源自歐洲耕種：一年收穫一次方式） 6

Transesterification Reaction of Oil 三酸甘油酯 甲醇 脂肪酸甲酯 （生質柴油） 甘油 Viscosity： 27-35 mm2/sec 4-5 mm2/sec Catalysts: Two of the most commonly used catalysts for transesterification are NaOH and KOH. R1, R2, and R3 are long chains of carbons and hydrogen atoms, sometimes called fatty acid chains.

三、生質柴油之特性 生質柴油為長鏈脂肪酸單烷基酯，是從可再生的脂質原料中取得，是一種新的替代能源，為石化柴油的替代燃料。 可直接地替換柴油使用在任何機器設備上，亦可儲存於任何的儲油設備中，在運輸的過程比石化柴油安全且較不易揮發。

生質柴油之特性(續) 生質柴油不僅能直接的當作燃料燃燒使用，亦可與石化柴油混合調配使用： (1) B100: 100%生質柴油。

生質柴油之特性(續) 將混合(20%)生質柴油之石化柴油與未混合生質柴油的石柴油相比較，其比較結果在下表。 比較結果明顯可得知，B20生質柴油可完全取代石化柴油，在安全性與環保要求上，B20生質柴油都比石 化柴油佳。 代表特性 #2石化柴油 生質柴油 閃火點(Flash point)℃ 52 118 硫含量% 0.05 ＜0.01 十六烷值(Cetane number) 42 50 潤滑性gr.min. 2,500 6,000 資料來源：(李宗育，2005)

生質柴油之優缺點

生質柴油之優缺點(續) 冷濾點(Cold filter plugging point ，CFPP)： 柴油通過柴油發動機供油系統時能造成濾網堵塞的最高溫度， 通常為生質柴油的缺點之一。 十六烷值較高，且污染性低。 無毒性可再生(Renewable)，且具生物可分解性(Biodegradable) (為優點亦為缺點) 。 不含芳香族烴類成份而不具致癌性，並不含硫、鉛、鹵素等有害物質。 減少黑煙、碳氫化物、微粒子以及CO2排放量。 可替代部份能源，節省石油進口量及外匯。 自行設廠生產又可增加就業機會，並可回收廢食用油脂做為原料 ，以利廢油的再資源化，一舉數得。

CFPP is a problem for B100 biodiesel 資料來源：(http://www.eere.energy.gov/biomass/pdfs/36182.pdf)

台灣使用生質柴油的優點 符合世界潮流，配合京都議定書消減CO2計畫，為台灣永續發展建立良好的基礎。 減少環境破壞，節省環境資源。 發展生質柴油可增加台灣能源自給率，舒緩台灣原油進口問題。 降低農業用地休耕率，增加造景環境供生態旅遊及教學，增加農業人口的工作機會。 結合農業生產技術及農場栽培管理，以利日後轉化為再生能源之原料生產基地。 產生具有市場價格之副產品(甘油、固肥等)。

四、台灣發展的生質柴油的現況 國內柴油目前約有600萬噸年消費量，其中有370萬噸供柴油汽車使用。 嘉義縣民雄工業區於93年10月初舉行全國首座「生質柴油示範廠」之啟用典禮，此座示範廠每年生質柴油最大產量約3,000公噸，主要以廢食用油作為原料，產品可提供一般柴油車輛及農機具使用。

國內的生質柴油的現況(續) 目前台灣已有多家廠商取得製造與販售許可。 生質柴油的開發需循序漸進，初期發展階段的供給貢獻度必然較小，而在隨著政策的配合、科技進展、及應用增加導致的成本下降，生質柴油在五至十年後將逐步明顯增加其供給量，預期十至二十年後將逐漸轉變成重要能源之一 。

先前執行與配合的相關單位 環保署 (1) 93年底開始補助13個縣市進行道路試行，車輛總數 780輛以上。 (2) 使用生質柴油約1300公秉／年。 農委會 (1) 進行能源作物生產體系及環境效益評估：94年擇定宜 蘭三星、雲林古坑、台南學甲共90公頃休耕地種植 能源作物。 (2) 95年度耕地面積擴大為2000公頃。

環保署推動『生質柴油道路試行計畫』 資料來源：(莊國立，2007)

先前執行與配合的相關單位(續) 經濟部 (1) 90年施行「酒精汽油與生質柴油及廢棄物回收產生石 油等再生能源生產業產銷管理辦法」。 (2) 94年10月召開「研商推動生質柴油具體行動方案(草 案)」會議，規劃建立跨部會之生質柴油產銷合作機 制。 (3) 97年7月15日起台灣本島銷售B1生質柴油。

五、國際生質柴油的發展現況 國際生化柴油開發現況 目前生質柴油全世界年產量已超過250萬噸，其中歐洲占80%以上，德國是生質柴油發展最成功的國家，產能超過110萬噸/年。 歐洲主要以菜籽油為原料，美國以大豆油為主。 日本則有用廢食用油為原料，轉製成生質柴油，分別於都會區之公車、計程車或是環境敏感地區如國家公園的交通運輸工具上推廣應用。

Biodiesel Production in kT in EU 25 資料來源: (EurObserv'ER, Biofuels Barometer,European Biodiesel Board, and calculations based on EuroStat，2004)

生化柴油在德國的發展經驗 從1991年開始發展 近幾年德國生化柴油市場以30%的幅度持續成長，在德國已有1000家以上的加油站提供純的生化柴油，為目前生化柴油發展最成功的國家之一。 最大生產廠商為 Leer CD company，從1990年開始研發。 1995年成功量產生化柴油，年產量超過10 萬公噸/年。 所開發的 Leer CD Process 為高效率、自動控制、連續式利用鹼製程來生產，原料為新鮮的油菜仔油。

生化柴油在日本的發展經驗 少數以廢食用油為原料商業生產的國家 (1) 染谷商店、環境生協、RON FORD、AGIGA 四家生 產。 (2) 產量共計 2~3萬公噸/年。 先前售價80日圓，石化柴油在市場售價為85日圓，有價 格上的競爭力。 染谷商店自1993 年開始研發，年產量1萬公噸，為最大生 產廠商。 小型模組化觀念~Ester Body (1) 餐廳、社區、鄉鎮自行處理廢食用油生產替代燃油。 (2) 開發小型化、自動化、價格合理的生化柴油生產器。

六、生質能源作物對環境之貢獻 密閉型的碳循環(Carbon cycle)，永續運用，不會增加CO2含量，生產暨消費生質柴油對CO2以及全球溫室效應貢獻量趨近於零。 大氣中CO2 燃燒生質柴油時， 引擎排放CO2 生質柴油自植物油 提煉製造 植物經光合作用 吸收CO2 油菜籽生成植物油 CO2

生質能源作物對環境之貢獻(續) 可維持耕地環境，殘株犁入土內，保持有機質達到地力之維持及永續利用。 解決休耕農地問題。 美化農村景觀，及創造休閒旅遊產業。 增加農民就業機會及促進社會發展。 水旱田輪流栽培作物可有效利用地力。 栽培旱作作物可以節省灌溉水，解決部分稻田缺水問題。

車輛排出的污染物對人體的影響 粒狀污染物(Particulate) 粒狀污染物吸進人體後會刺激肺部系統，若長期吸入會造成慢性呼吸系統疾病。 一氧化碳(CO) 主要是會降低血液運送氧氣的能力，因為血液中的血紅素與CO的親和力大於氧氣，所以當空氣中的CO 濃度高時，血紅素會和CO結合為一氧化碳血紅素，而不與氧結合成氧血紅素，一氧化碳血紅素會影響血液運送氧氣的能力，使血液中的含氧量降低，會影響心臟血管系統和中樞神經系統，易使心血管疾病加重惡化，神經及肺部亦會受到影響，運動功能受損。

車輛排出的污染物對人體的影響(續) 碳氫化合物(HC) 碳氫化合物濃度低時會對人體呼吸系統產生刺激；較高的濃度 則可能對中樞神經系統產生影響，會致癌。 碳氫化合物會和氮氧化物產生光化學反應，產生臭氧、甲醛、 煙霧，造成人體眼睛不適、咳嗽和胸部不適等影響。 氮氧化物(NOx) 一氧化氮和血紅素的結合能力非常強，與血紅素結合後變成暗 褐色，使血紅素運送氧氣的功能大為降低，呼吸機能大受影響 ，造成人體缺氧和中樞神經機能減退。

車輛排出的污染物對人體的影響(續) 硫氧化物 (SOX) 柴油車所排放的廢氣含有二氧化硫，二氧化硫會對人體的 影響主要是刺激呼吸系統為主，對眼睛、喉嚨和上呼吸到 影響最大。 臭味 車輛排放物之臭味，易使人噁心、喉痛、咳嗽、影響 睡眠、刺激眼睛和鼻子等影響。

Basic emission correlations. 使用迴歸方程式所繪製的不同生質柴油添加比例，其 污染物的變化量。 資料來源: (US EPA，2002)

七、小結 生質柴油的運用與推廣，能減緩能源缺乏的危機，但除了需 要政府的推動之外，更需全民建立共識並配合，才能大幅提 升其使用量及影響程面。 生質柴油的運用與推廣，能減緩能源缺乏的危機，但除了需 要政府的推動之外，更需全民建立共識並配合，才能大幅提 升其使用量及影響程面。 使用生質柴油不僅可以降低化石的使用，更可以降低排放廢氣中各種污染物的產生，可以說是對人類更潔淨及永續，與對環境更友善的綠色能源。 在因應全球氣候變遷綱要公約上二氧化碳的減量為趨勢潮流，如能積極開發再生能源如生質柴油，在達成減少進口能源與創造非核家園的願景目標上，均能提供具體的貢獻。

小結(續) 生質柴油為符合環保訴求的綠色能源，可有效降低柴油車 所造成的廢氣污染。 生質柴油可以從再生性天然植物油或廢棄食用油中製造而成 ，將廢棄物充分的利用，並且可直接使用於傳統柴油引擎中。 生質柴油中沒有石化柴油中較重殘餘物質，所以排氣中的 煙霧(smoke)及黑煙(soot)產量少。且生質柴油含氧量較高， 所以燃燒效率較高。 添加生質柴油的體積百分比越高，會使PM、CO、HC 的排放量減少，而NOx的排放量會增加。