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『環保資訊』月刊第99期

生質柴油—拓展一個新能源經濟

生質柴油

 

蕭如珀

書        名:Biodiesel

—Growing a New Energy Economy

作         者:Greg Pahl

出  版  者:Chelsea Green Publishing Company

出版時間:2005

發展多年的生質柴油,近年來因油價飆漲與全球暖化的威脅而受到世人的重視。由蔬菜油、回收炸油或動物油脂所製成的生質柴油不僅可由地方掌控油源,且能將燃油對環境的衝擊降到最低,成為實際可行的新經濟能源。

石油巨擘荷蘭皇家殼公司〈Royal Dutch Shell〉近年來在會計上爆出大醜聞,將其公司所擁有的石油儲量預估減少22%,約等於435千萬桶原油。此舉震驚全球,讓擔心燃油的人士悲觀地預測,油價將在石油供不應求的情形下繼續狂飆,尤其在中國加入搶油的行列,於2003年起超越日本,成為全球石油使用量第二高的國家之後。

幸運的是,以德、奧為首的西歐國家,自1970年代能源危機以來,長期研究生質燃油,獲致相當的成效,只可惜其成本較高,無法和石油競爭抗衡。但隨著石油價格的上升,生質燃油在各國政府政策的補助下,漸漸地為大家所了解與接受。本書作者葛瑞格•帕爾〈Greg Pahl〉研究再生能源20多年,是美國佛蒙特州生質柴油協會的創辦人兼主任,他於書中敘述生質燃油的成長、由各層面剖析生質燃油、並詳述各國使用的情形與願景。

《魯道夫•狄塞爾—生質柴油之父》

1858318日,魯道夫•狄塞爾 (Rudolf Diesel) 誕生於巴黎。父親是德國的移民,在巴黎經營一家小皮革商店。狄塞爾從小害羞,但很聰明,喜歡繪畫與機械。他小學畢業後,適逢德、法戰爭爆發,狄塞爾一家人於是逃離法國來到英國,狄塞爾在表姊的提議下回到德國繼續上技術學校,以極優異的成績畢業,立志當工程師。

之後,狄塞爾申請到獎學金,到慕尼黑技術學院就讀。在慕尼黑的時期,狄塞爾認真地思考使用「熱機」的可能性,以及是否可以不必靠火星塞即可引燃內燃機。經過多年的試驗,狄塞爾找到了新機器的設計方式,並於1892228日獲得此設計的專利。隔年,他發表了著名的論文,描述如何利用高壓空氣所產生的高溫來引燃內燃機,在當時是很前衛的想法。

狄塞爾成功地開發出此機器模型後,許多公司爭相與他合作,購買此機器的專利權,讓他一夕致富。但是,狄塞爾不善投資,不久便到處虧空。1913929日,他搭郵輪從比利時到英國,參加英國狄塞爾公司的董事會年會時,從船上落海身亡,留給後人無盡的哀思與無解的猜測。

狄塞爾的機器最先以柴油運轉成功,因此柴油機以他的名字命名。他很希望發明小的柴油機器為小公司所用,幫小公司創造生機,更希望能將機器使用在車子上,可惜在他有生之年未能達成。此外,狄塞爾希望他的機器能使用各種不同油源當燃料,晚年更大力鼓吹再生能源如蔬菜油的使用。1900年,由法國奧圖公司〈French Otto Company〉所製作的小型柴油機以花生油為燃料,在巴黎博覽會展出,非常成功,獲得大獎。

狄塞爾一生致力於機器的改良,並開發各種生質燃油。1912年,他到美國聖路易斯演說,解釋各種生質燃油如椰子油、豬油等的最新發展,並說:「雖然蔬菜油做為燃油尚不成氣候,但總有一天,它會如石油一般,是重要的燃油。…動能可由太陽能產生,它到處都有。」他真是一位預言家,生質柴油之父。

《蔬菜油的再生》

1912年,狄塞爾過世的前一年,全球共有7萬多部柴油引擎,大部分使用於工廠及發電廠,使用在船上的只有365 部,重型商用船隻60部。1914年,德國首次將柴油引擎使用於火車頭上;1924年,德國有了柴油卡車;1930年代有了柴油公車;1936年更進一步有了柴油轎車。雖然狄塞爾希望能使用各種生質油做為柴油引擎的燃料,但石化柴油方便、便宜,成為燃料的主流。

1973年,全球爆發能源危機。隔年,奧地利聯邦農業工程機構的代表團開始討論柴油引擎使用替代生質燃油的可能性。除了純生質燃油外,更有將生質燃油和石化柴油依照比例混合所做的試驗。1980年代,奧國葛拉茲大學(U. of Graz)的密特巴哈〈Martin Mittelbach〉教授成功地使用芥菜油做為柴油引擎的燃料。但是歐洲芥菜種植的不多,成本高,所以密特巴哈教授改以回收炸油做實驗,結果亦證明可行。

接下來的實車試驗是最大的考驗。農民對於他們的牽引機要使用蔬菜油做為燃料都抱持著懷疑的態度。但經過實際成功的操作後,大家都很高興,因為終於可以自己種植燃油所需的植物,甚至可以廢物利用,將回收炸油變成燃油,減少對石化柴油的依賴。

不僅奧地利的試驗成功,南非和美國亦有相同的結果。美國愛德荷州的水資源局以及聯邦政府的能源部和農業部等機構的一項共同研究計畫,於1999年完成第一部的卡車試驗,使用含50%生質柴油的混合柴油〈B50〉,開了20萬哩;後來更與國家公園合作,在曼莫斯溫泉國家公園〈Mammoth Hot Spring National Park〉的小貨車以100%的芥菜油做為燃料,獲得良好的效果,因此陸續有20多個國家公園加入生質柴油的使用行列。狄塞爾對於生質燃油的遠見終於在他死後的90年實現了。

《生質柴油》

蔬菜油內含有甘油的成分,因此較石化柴油黏、稠,必需經過酯化過程,降低其黏稠性,才適合柴油引擎的使用。除植物油外,其他如回收的炸油、動物油脂、甚至藻類也都可經由酯化過程做為燃油。此外,生質油可單獨做為燃油,亦可以一定的比例和石化柴油混合,例如混合5%生質油(B5)20%生質油(B20)等,而有不同的特性與功用。

蔬菜油的種類很多,目前做為生質燃油最普遍的分別為芥/油菜〈84%〉、椰子〈13%〉、向日葵〈1.3%〉和大豆〈1%〉。據估計,全球生質燃油的年產量約為200萬噸,可生產57千萬加侖的油。其中約有2/3產自西歐各國,美洲與亞洲各國所佔的比例較少。資料顯示,美國回收的炸油若全部轉變成生質燃油,大約可取代2.5%的美國石化柴油市場;美國的動物油脂若一半製成生質燃油,可佔1.25%;若利用休耕地種植芥/油菜,大約可取代10%。此數據和歐洲各國生質燃油大約可取代10-15%的石化柴油市場差不多。

柴油引擎使用生質燃油不必變更其機械過程,因此在使用上非常方便。生質燃油潤滑性強、燃點高,可延長引擎的壽命;但是它比石化柴油多含約10%的氧,在柴油引擎的能源效益方面約比石化柴油少5%。不過,生質燃油不含鉛,也不含硫或其他有毒的化合物,因此可減少不完全燃燒的碳水化合物、一氧化碳等污染物質,更可減少78%二氧化碳的排放。雖然它的氮氧化物排放量會稍為增加,但可藉由引擎的調整來改善。

生質燃油對環境的衝擊較小,在其生產過程中所產生的廢水比生產石化柴油過程所產生的廢水約少79%100%的生質燃油〈B100〉和糖一樣,可以完全分解,所需的時間約3-4星期,對人體與環境均無害。生質燃油在運輸方面較石化柴油安全,因為它無毒、燃點高〈126℃〉。不過,生質燃油為有機油,所以宜儲存於鋼、鋁等容器中;而為了避免滋生細菌,氣溫高時宜加入少量抗菌物質如抗生素等。此外,儲存時間不宜過久,最好不要超過半年。

《生質柴油的使用》

歐洲在目前全球生質柴油的生產居於領先的地位,自1992年起即開始企業化經營。根據2003年歐洲生質柴油局的估計,全歐的生產以德國最多,年產65萬噸,法國36 6千噸居次,義大利21萬噸,奧地利25萬噸。1992年,歐盟農業政策會鑑於農產品生產過剩,於是制定了農地休耕的政策,規定歐盟的農民其可耕地的10%必須休耕,但可在休耕土地上栽種「工業用途」的芥/油菜、向日葵或大豆等。這對生質燃油的生產極為有利,因此產值急遽上升。

生質柴油能否普及取決於市場的認同度。為了保證生質燃油的品質,奧地利首先於1991年制定生質柴油的標準,法、義於1993年,捷克於1994年,德國於1997年跟進,其中以德國的法規最為詳盡。然而,生質柴油推廣的最大功臣應屬京都議定書了。1997年簽訂的京都議定書要求歐盟於2008-2012年間的溫室氣體排放量要比1990 年減少8%。為達到此要求,歐盟於2003年採用生質燃油促進會的建議,於2005年增加2%的生質燃油市場,2010年將增加5.75%

對消費者而言,油價往往決定一切。生質燃油的製造成本較高,因此,「減稅」與「免稅」成了生質燃油具備競爭力的重要關鍵。20031027日,歐洲部長會議歷經數年的折衝後,終於完成新的能源稅方案。其中有關生質柴油的部分,規定自2004年起,於歐盟販售的生質燃油,無論是純的或是混合的,均予以減稅或免稅6年。後來,歐洲部長會議更進一步規範碳稅,以鼓勵更有效地使用能源,減少溫室氣體的排放。

美國是全球能源消耗最多的國家,但其生質燃油的使用起步甚晚,進入21世紀後才見大幅成長。2004年,美國生質燃油的總產量為10萬噸,雖無法和德國同年的65萬噸相比,但隨著石油油價的飆漲,生質燃油在美國的成長已深具潛力。不同於歐洲各國的生質燃油政策由政府主導、民間配合,美國的生質燃油發展卻是民間較政府積極、熱心,尤其是中西部的大豆農民。

美國大豆的年產量極大,是全球最大的消費國與輸出國。然而,大豆產品的需求遠大於大豆油,因此大豆油面臨生產過剩的窘境;在此情形下,生質柴油為它找到了絕佳的出路。尤其,在全球溫室氣體排放減量的壓力下,美國政府與國會漸漸地被迫要正視此一問題。20004月,克林頓簽署了13149行政命令,要求聯邦政府的車輛減用石化燃料20%2000年末又有補助和減稅的措施,使得生質柴油的零售價格每加侖降低美金1元,大大地提升了生質燃油的使用。

《願景》

基於環境保護與學童健康的因素,美國國家公園的車輛和中、小學的校車率先響應使用生質柴油。最近,美國政府的車輛與大學的校車亦紛紛加入使用的行列。在國際原油價格居高不下、化石能源儲量日少、來源不穩定以及全球溫室效應的衝擊下,多樣化的生質燃油發展潛力甚大,是取代化石能源的一個很不錯的選擇。

然而,為了有效生產生質燃油,是否需種植基因轉殖的燃油作物,或長期種植單一作物,其對鄰近作物與環境的影響是許多環保人士所憂心的。此外,在農地上栽種非食用的作物,對食用作物會產生排擠的效應,食用與燃料孰重仍有待商榷。更何況要取代石化柴油所需的農地極大,顯然不易達成;加上生質柴油會增加氮氧化物的排放,天冷時引擎不易發動,當溫度約低於-9.5(15)時會形成凝膠狀,需使用大量的溶劑,造成極大的困擾。因此,大部分的企業人士都認為,應更積極尋找更好的替代能源。

雖然如此,生質柴油仍是極被看好的明日之星。許多專業人士將其視為「橋樑科技」,意即由目前化石能源前進未來乾淨再生能源科技的橋樑。本書作者認為,生質柴油的發展仍在起步的階段,它並不是解決人類目前所遇到的能源問題唯一的選擇,而是要逐步擺脫對化石能源的絕對依賴的步驟之一。它可以創造更多的就業機會,幫助農民,減少有害物質的排放,並提升燃油的可靠性與安全性。人類應致力於生質柴油與其他再生能源的科技發展,提升其能源效率,以足供未來的世代享用。我們應在有限的時間內,加緊為未來的新能源經濟鋪好橋樑。作者認為生質柴油恰可扮演好此角色。若真能如此,魯道夫•狄塞爾地下有知的話,一定會很開心的。