1、1(II)生質柴油生質柴油-原理與特性原理與特性授課老師授課老師:陳奕宏陳奕宏2一、前言一、前言二、何謂生質柴油二、何謂生質柴油三、生質柴油之特性三、生質柴油之特性四、台灣發展生質柴油的現況四、台灣發展生質柴油的現況五、五、國際生質柴油的發展現況國際生質柴油的發展現況六、生質柴油作物對環境之貢獻六、生質柴油作物對環境之貢獻七、小結七、小結內容大綱內容大綱3一、前言一、前言n 隨著人口增長與科技的進步，不論是生活或工業方面對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燃料的需求量需求量都越來越大。都越來越大。n 雖然石油的雖然石油的消耗量消耗量可以衡量一個國家繁榮的程度，但根可以衡量一
2、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。十年或更少。近年來石油價格節節上升即為明顯的例子。n 為避免能源危機，各國的研究學者紛紛積極投入新能源為避免能源危機，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。的開發，盼能開發出新的無污染且價格低廉之能源。n 從下表可發現生質柴油為目前最為適合用來取代石化柴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。油的替代性能源。4各種替代能源用以替代石化柴油之評價表各種替代能源用以替代
3、石化柴油之評價表資料來源：資料來源：(李宗育，李宗育，2005)5二、何謂生質柴油二、何謂生質柴油n 生質柴油生質柴油(biodiesel)係利用各種植物油脂或動物油係利用各種植物油脂或動物油脂做為生產原料，諸如大豆油脂做為生產原料，諸如大豆油(黃豆油黃豆油)、玉米油、玉米油、棕櫚油等，通常是配合醇類棕櫚油等，通常是配合醇類(甲醇、乙醇甲醇、乙醇)經轉酯化經轉酯化反應反應(Transesterification Reaction)可生成直鏈酯可生成直鏈酯類以製造生質柴油。類以製造生質柴油。6 6（源自歐洲耕種：一年收穫一次方式）（源自歐洲耕種：一年收穫一次方式）油料作物栽種及生質柴油生產流程油
4、料作物栽種及生質柴油生產流程榨油製程榨油製程油菜籽油菜籽 秋季播種秋季播種次年次年5月開花月開花同年同年7月收成月收成 採採根莖葉與根莖葉與 種子種子分別收穫分別收穫副產品副產品：豆渣飼料豆渣飼料純淨之油純淨之油菜籽油菜籽油酯化為生質柴油酯化為生質柴油桶槽儲存桶槽儲存載運出貨載運出貨生質柴油生質柴油加油站加油站78Transesterification Reaction of Oil三酸甘油酯三酸甘油酯甲醇甲醇甘油甘油脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯（生質柴油）（生質柴油）Catalysts:Two of the most commonly used catalysts for transesterifi
5、cation are NaOH and KOH.Viscosity：27-35 mm2/sec 4-5 mm2/sec9三、生質柴油之特性三、生質柴油之特性n 生質柴油為長鏈脂肪酸單烷基酯，是從可再生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。石化柴油的替代燃料。n 可直接地替換柴油使用在任何機器設備上，亦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揮發。石化柴油安全且較不揮發。10n生質柴油不僅能直接的當
6、作燃料燃燒使用，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：亦可與石化柴油混合調配使用：(1)B100:100%生質柴油。生質柴油。(2)B20:20%生質柴油添加至傳統柴油中。生質柴油添加至傳統柴油中。(3)B2:2%生質柴油添加至傳統柴油中。生質柴油添加至傳統柴油中。生質柴油之特性生質柴油之特性(續續)11n 將混合將混合(20%)生質柴油之石化柴油與未混合生質柴油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。的石柴油相比較，其比較結果在下表。n 比較結果明顯可得知，比較結果明顯可得知，B20生質柴油可完全取代石化生質柴油可完全取代石化柴油，在安
7、全性與環保要求上，柴油，在安全性與環保要求上，B20生質柴油都比石生質柴油都比石 化柴油佳。化柴油佳。資料來源：資料來源：(李宗育，李宗育，2005)2005)代表特性代表特性#2#2石化柴油石化柴油生質柴油生質柴油閃火點閃火點(Flash point)(Flash point)5252118118硫含量硫含量%0.050.050.010.01十六烷值十六烷值(Cetane(Cetane number)number)42425050潤滑性潤滑性gr.mingr.min.2,5002,5006,0006,000生質柴油之特性生質柴油之特性(續續)12生質柴油之優缺點生質柴油之優缺點13生質柴油之
8、優缺點生質柴油之優缺點(續續)n 冷濾點冷濾點(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，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。通常為生質柴油的缺點之一。n 十六烷值較高，且污染性低。十六烷值較高，且污染性低。n 無毒性可無毒性可再生再生(Renewable)，且，且具具生物可分解性生物可分解性(Biodegradable)(為優點亦為缺點為優點亦為缺點)。n 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。不含芳香族烴類成份而不具致癌性，並不含硫、鉛、鹵素等有
9、害物質。n 減少黑煙、碳氫化物、微粒子以及減少黑煙、碳氫化物、微粒子以及CO2排放量排放量。n 可替代部份能源，可替代部份能源，節省石油進口量及外匯節省石油進口量及外匯。n 自行設廠生產又可增加就業機會，並可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回收廢食用油脂做為原料 ，以利廢油的再資源化以利廢油的再資源化，一舉數得。，一舉數得。14CFPP is a problem for B100 biodiesel資料來源：資料來源：(http:/www.eere.energy.gov/biomass/pdfs/36182.pdf)15台灣使用生質柴油的優點台灣使用生質柴油的優點n 符
10、合世界潮流，配合京都議定書消減符合世界潮流，配合京都議定書消減CO2計畫，為計畫，為台灣永續發展建立良好的基礎。台灣永續發展建立良好的基礎。n 減少環境破壞，節省環境資源。減少環境破壞，節省環境資源。n 發展生質柴油可增加台灣能源自給率，舒緩台灣原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。油進口問題。n 降低農業用地休耕率，增加造景環境供生態旅遊及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。教學，增加農業人口的工作機會。n 結合農業生產技術及農場栽培管理，以利日後轉化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。為再生能源之原
11、料生產基地。n 產生具有市場價格之副產品產生具有市場價格之副產品(甘油、固肥等甘油、固肥等)。16四、台灣發展的生質柴油的現況四、台灣發展的生質柴油的現況n 國內柴油目前約有國內柴油目前約有600萬噸年消費量，其中有萬噸年消費量，其中有370萬噸供柴油汽車使用。萬噸供柴油汽車使用。n 嘉義縣民雄工業區於嘉義縣民雄工業區於93年年10月初舉行全國首座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示範廠之啟用典禮，此座示範廠每年生質柴油最大產量約生質柴油最大產量約3,000公噸，主要以廢食用油公噸，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。作為原料，產品可提供一
12、般柴油車輛及農機具使用。17n 目前台灣已有多家廠商取得製造與販售許可。目前台灣已有多家廠商取得製造與販售許可。n 生質柴油的開發需循序漸進，初期發展階段的供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一二十年後將逐漸轉變成重要能源之一。國內的生質柴油的現況國內的生質柴油的現況(續續)18先前執行與配合的相關單位先前執
13、行與配合的相關單位n 環保署環保署 (1)93年底開始補助年底開始補助13個縣市進行道試行，車輛總數個縣市進行道試行，車輛總數 780輛以上。輛以上。(2)使用生質柴油約使用生質柴油約1300公秉年。公秉年。n 農委會農委會 (1)進行能源作物生產體系及環境效評估：進行能源作物生產體系及環境效評估：94年擇定宜年擇定宜 三星、雲古坑、台南學甲共三星、雲古坑、台南學甲共90公頃休耕地種植公頃休耕地種植 能源作物。能源作物。(2)95年度耕地面積擴大為年度耕地面積擴大為2000公頃。公頃。19環保署推動環保署推動生質柴油道試行計畫生質柴油道試行計畫資料來源：資料來源：(莊國立，莊國立，2007)2
14、0n 經濟部經濟部 (1)90年施行酒汽油與生質柴油及廢棄物回收產生石年施行酒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。油等再生能源生產業產銷管理辦法。(2)94年年10月召開研商推動生質柴油具體行動方案月召開研商推動生質柴油具體行動方案(草草 案案)會議，規劃建立跨部會之生質柴油產銷合作機會議，規劃建立跨部會之生質柴油產銷合作機 制。制。(3)97年年7月月15日起台灣本島銷售日起台灣本島銷售B1生質柴油。生質柴油。先前執行與配合的相關單位先前執行與配合的相關單位(續續)21五、五、國際生質柴油的發展現況國際生質柴油的發展現況n 目前生質柴油全世界年產量已超過目前生質
15、柴油全世界年產量已超過250萬噸，其中萬噸，其中歐洲占歐洲占80%以上，德國是生質柴油發展最成功的國以上，德國是生質柴油發展最成功的國家，產能超過家，產能超過110萬噸萬噸/年。年。n 歐洲主要以菜籽油為原料，美國以大豆油為主。歐洲主要以菜籽油為原料，美國以大豆油為主。n 日本則有用廢食用油為原料，轉製成生質柴油，分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。家公園的交通運輸工具上推廣應用。國際生化柴油開發現況國際生化柴油開發現況22資料來源資料來源:(EurObservER
16、,Biofuels Barometer,European Biodiesel Board,and calculations based on EuroStat，2004)Biodiesel Production in kT in EU 2523n 從從1991年開始發展年開始發展n 近幾年德國生化柴油市場以近幾年德國生化柴油市場以30%的幅度持續成長，在的幅度持續成長，在德國已有德國已有1000家以上的加油站提供純的生化柴油，為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。目前生化柴油發展最成功的國家之一。n 最大生產廠商為最大生產廠商為 Leer CD company，
17、從，從1990年開始年開始研發。研發。n 1995年成功量產生化柴油，年產量超過年成功量產生化柴油，年產量超過10 萬公噸萬公噸/年。年。n 所開發的所開發的 Leer CD Process 為高效率、自動控制、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。連續式利用鹼製程來生產，原料為新鮮的油菜仔油。生化柴油在德國的發展經驗生化柴油在德國的發展經驗24n 少數以廢食用油為原料商業生產的國家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、染谷商店、環境生協、RON FORD、AGIGA 四家生四家生 產。產。(2)產量共計產量共計 23萬公噸萬公噸/年。年。n
18、 先前售價先前售價80日圓，石化柴油在市場售價為日圓，石化柴油在市場售價為85日圓，有價日圓，有價 格上的競爭力。格上的競爭力。n 染谷商店自染谷商店自1993 年開始研發，年產量年開始研發，年產量1萬公噸，為最大生萬公噸，為最大生 產廠商。產廠商。n 小型模組化觀念小型模組化觀念Ester Body (1)餐廳、社區、鄉鎮自行處理廢食用油生產替代燃油。餐廳、社區、鄉鎮自行處理廢食用油生產替代燃油。(2)開發開發小型化小型化、自動化自動化、價格合理的生化柴油生產器。、價格合理的生化柴油生產器。生化柴油在日本的發展經驗生化柴油在日本的發展經驗25六六、生質能源作物對環境之貢獻生質能源作物對環境之
19、貢獻n 密閉型的碳循環密閉型的碳循環(Carbon cycle)，永續運用，永續運用，不會增加不會增加CO2含量含量，生產暨消費生質柴油對，生產暨消費生質柴油對CO2以及全球溫室效應以及全球溫室效應貢獻量趨近於零。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COCO2 226生質能源作物對環境之貢獻生質能源作物對環境之貢獻(續續)n 可維持耕地環境，殘株犁入土內，保持有機質達到可維持耕地環境，殘株犁入土內，保持有機質達到地力之地力之維持及永續利用維持及永續利用。n 解決休耕農地問題。解決休耕農地問題。n 美化農村景觀
20、，及創造休閒旅遊產業。美化農村景觀，及創造休閒旅遊產業。n 增加增加農民就業機會農民就業機會及促進社會發展。及促進社會發展。n 水旱田輪流栽培作物可水旱田輪流栽培作物可有效利用地力有效利用地力。n 栽培旱作作物可以栽培旱作作物可以節省灌溉水節省灌溉水，解決部分稻田缺水，解決部分稻田缺水問題。問題。27車輛排出的污染物對人體的影響車輛排出的污染物對人體的影響n 粒污染物粒污染物(Particulate)粒污染物吸進人體後會激肺部系統，長期吸入粒污染物吸進人體後會激肺部系統，長期吸入會造成會造成慢性呼吸系統疾病慢性呼吸系統疾病。n 一氧化碳一氧化碳(CO)主要是會主要是會降低血液運送氧氣降低血液運
21、送氧氣的能力，因為血液中的血的能力，因為血液中的血紅素與紅素與CO的親和力大於氧氣，所以當空氣中的的親和力大於氧氣，所以當空氣中的CO 濃濃度高時，血紅素會和度高時，血紅素會和CO結合為一氧化碳血紅素，而不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，會送氧氣的能力，使血液中的含氧量降低，會影響心臟影響心臟血管系統和中樞經系統，使心血管疾病加重化，血管系統和中樞經系統，使心血管疾病加重化，經及肺部亦會受到影響，運動功能受損經及肺部亦會受到影響，運動功能受損。28車輛排出的污染物對人體的影
22、響車輛排出的污染物對人體的影響(續續)n 碳氫化合物碳氫化合物(HC)碳氫化合物濃度低時會對碳氫化合物濃度低時會對人體呼吸系統產生激人體呼吸系統產生激；較高的濃；較高的濃度度 則可能對則可能對中樞經系統產生影響中樞經系統產生影響，會致癌會致癌。碳氫化合物會和氮氧化物產生光化學反應，產生臭氧、甲醛、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。煙霧，造成人體眼睛不適、咳嗽和胸部不適等影響。n 氮氧化物氮氧化物(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，褐色，使血
23、紅素運送氧氣的功能使血紅素運送氧氣的功能大為大為降低降低，呼吸機能大受影響，呼吸機能大受影響 ，造成，造成人體缺氧和中樞經機能減退人體缺氧和中樞經機能減退。29車輛排出的污染物對人體的影響車輛排出的污染物對人體的影響(續續)n 硫氧化物硫氧化物(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 影響主要是影響主要是激呼吸系統激呼吸系統為主，對眼睛、喉嚨和上呼吸到為主，對眼睛、喉嚨和上呼吸到 影響最大。影響最大。n 臭味臭味 車輛排放物之臭味，車輛排放物之臭味，使人噁心、喉痛、咳嗽、影響使人噁心、喉痛、咳嗽、影響 睡眠、激眼睛和鼻子等影
24、響睡眠、激眼睛和鼻子等影響。30 資料來源資料來源:(US EPA，2002)Basic emission correlations.n 使用迴歸方程式所繪製的不同生質柴油添加比例，其使用迴歸方程式所繪製的不同生質柴油添加比例，其 污染物的變化量污染物的變化量。31七、小結七、小結n 生質柴油的運用與推廣，能減緩能源缺乏的危機，但除了需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。升其使用量及影響程面。n 使用生質柴油不僅可以降低化石的使用，更可以降低排放廢使用
25、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。對環境更友善的綠色能源。n 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，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。創造非核家園的願景目標上，均能提供具體的貢獻。32小結小結(續續)n 生質柴油為符合環保訴求的綠色能源，可有效降低柴油車生質柴油為符合環保
26、訴求的綠色能源，可有效降低柴油車 所造成的廢氣污染。所造成的廢氣污染。n 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。，將廢棄物充分的利用，並且可直接使用於傳統柴油引擎中。n 生質柴油中沒有石化柴油中較重殘餘物質，所以排氣中的生質柴油中沒有石化柴油中較重殘餘物質，所以排氣中的 煙霧煙霧(smoke)及黑煙及黑煙(soot)產量少。且生質柴油含氧量較高，產量少。且生質柴油含氧量較高，所以燃燒效率較高。所以燃燒效率較高。n 添加生質柴油的體積百分比越高，會使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，而的排放量減少，而NOx的排放量會增加。的排放量會增加。
