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『環保資訊』月刊第92期

台灣具有發展生物燃料工業的潛力

台灣具有發展生物燃料工業的潛力

    

王秋森

植物利用太陽輻射進行光合作用而產生的生質量可直接當作固体燃料,亦可用於製造乙醇(即一般所稱之酒精)等液体燃料。因生質量是光合作用的產物,因此生質量所含的能量(稱為生質能)是一種取自太陽能的可再生能源。以農廢或農作物等生質量為原料製成的柴油和乙醇等液体燃料已在歐美一些國家上市多年。生物燃料所含的碳素是植物從大氣中吸取的二氧化碳經光合作用轉化而得的,因此生物燃料的燃燒並不會增加大氣中的二氧化碳濃度。若能儘量以生物燃料取代煤炭等不可再生能源,則可大幅減緩全球暖化的趨勢。

生物柴油一般都與石油製成的柴油混合使用。市面上最常見的生物柴油混合燃料是由20%生物柴油和80%石油柴油混合而成(稱為B20)。生物柴油混合燃料的售價略高於石油柴油。柴油車之外,營建用的車輛以及住家的暖氣爐亦可使用生物柴油混合燃料。

柴油車佔有在美國銷售汽車的2%,在歐洲銷售汽車的40%。其在美國汽車的佔有率雖仍偏低,但美國消費者對生物柴油的興趣則正在急速增進中。估計今年生物柴油的產量將可達284百萬公升,為去年產量的三倍。若市售之石油柴油能全部被B20取代,則依美國去年石油柴油的使用量2080億公升計算,每年將需要420億公升的生物柴油。

根據美國環保署的研究結果,生物柴油混合燃料排放的未燃燒碳氫化合物、一氧化碳、微粒、硫氧化物、以及硫酸鹽均遠低於石油柴油的排放量。生物柴油的另一個好處是可生物降解,因此極值得推廣。

在歐美一些國家已相當普遍銷售的生物柴油主要以大豆油或菜籽油為原料。目前採用的製程多以液体酸類(例如硫酸)為觸媒,將植物油中的脂肪酸轉化為酯類。但此製程耗費的能源甚大,而且必須以昂貴的程序將觸媒與反應後的混合液体分離。此外,亦有一些生物柴油的製程使用可回收的固体酸類觸媒(例如Nafion);其雖較易與反應後的混合液体分離,但卻相當昂貴,且活性低於液体酸類觸媒。最近日本東京工業大學的原亨和(Michikazu Hara)博士領導的研究團隊利用價格低廉的普通蔗糖製成一種可回收再利用的固体觸媒。此項新觸媒係由具有高安定性的硫酸化非晶形碳素所組成,其活性遠高於其它固体酸類觸媒。根據原亨和博士的估計,此項新觸媒的成本僅為目前所使用觸媒的2-10%,因此極具推廣的潛力。

在美國和巴西等農產品豐盛的國家,玉米和甘蔗是最常用於製造乙醇的作物。由於玉米或甘蔗的種植需要大量的化學肥料和殺蟲劑,其耕耘與收割作業亦必須使用農耕機,因而導致其於生產過程中所耗用的能量高於其所產生的乙醇含有的可用能量。因此以玉米和甘蔗為原料製成的生物燃料並不能視為真正的可再生能源。實質上它僅是將不可再生能源從其它形態(例如煤炭)轉換為液体燃料的形態。然而,乙醇的優點是它可與汽油依一定比例混合後充當一般汽油引擎的燃料,亦即目前的汽油車並不須要改裝即可使用乙醇汽油混合燃料。例如,美國的一般汽車可使用含乙醇高達10%的混合燃料;歐洲的汽車則最高可使用含5%乙醇的混合燃料。 因其不須改變汽車的引擎設計和消費者的生活型態,因此較容易被接受。若與汽油比較,乙醇能削減90%的溫室氣体;對石油進口國而言,乙醇的生產與使用亦是一種減少對進口石油依賴度的好方法。

利用稻草等農廢來製造生物燃料則是一種值得重視的廢物利用方法。設於加拿大首都渥太華市的埃沃精(Iogen)公司使用酵素將稻草或其它農廢轉為纖維素乙醇。埃沃精公司目前僅有一個試驗性的小型生產裝置。它計畫興建一個年產22千萬公升纖維素乙醇的大型工廠,每年需要使用70萬公噸的稻草或其它農廢。美國政府相關單位執行的研究計畫結果指出,使用農廢和草類製造的生物燃料將來可以取代美國的汽油總消耗量的30-50%

稻草是台灣的一種主要農廢,其年產量約達150萬公噸。目前大部分稻草都以露天燃燒的方式處理,既未利用其含有的生質能,又製造嚴重的空氣污染。因此,若能將稻草做為製造纖維素乙醇的原料,則每年可生產25千萬公升纖維素乙醇,同時降低空氣污染。

台灣地處亞熱帶,日光充足,植物極易成長。稻草之外,台灣尚有許多種類的農廢和雜草,因此極具發展生物燃料工業的潛力。