勞工議題

再生能源之「生質柴油」的開發與應用／陳文樹

    為石化能源的國際原油之價格，自前（2 0 0 5）年起曾數度飆漲，且一度逼近每桶7 0美元之高價，後雖又數度回跌，但於其漲跌之間已對各國產業、經濟造成強烈的衝擊。為期分散能源的應用，降低對石油的過度倚賴，避免因能源危機而損及整體的經濟成長或民眾之日常生計，不少國家俱已投下經費，從事如何節省能源的研究，以及開發其他替代能源、再生能源(Renewable resources)或綠色能源。惟另有更足堪憂的乃是，石化類的能源終究有被耗竭用罄之日，屆時大家又將何以應對自處，如果任以「船到橋頭自然直」的態度來面臨，恐將對人類造成愈大之傷害危虞，如生活方式重再復古，舉世人口數量大幅?減等慘惡的場景。

    我國在替代能源的研究發展上，亦不落於先進國家之後，繼過去多元性的發展太陽能、地熱、風力和沼氣…等發電系統及相關設施之後，近來並再投入於生質柴油(Bio-diesel)類之再生能源的研發，蓋生質柴油的來源之一，係由可自行從事光合作用的植物而獲致者，故可符於再生的定義。此外，生質柴油可燃燒得更加完全且不含有硫，得有效改善柴油引擎(diesel engine)的廢氣排放狀況。而全國首座建於嘉義民雄的生質柴油示範廠，自2004年10月啟用迄今亦已歷時兩年餘，著實令人振奮，誠望能為吾國發展生質柴油暨建立它種再生能源之技術，帶來更良好之契機，開拓更閎遠的坦途。

    生質柴油是將含有大量三酸甘油脂的廢棄食用油，或由可產生液態能源物質的農業作物榨得的植物性油料，在強鹼催化下與甲醇進行酯轉反應(esterification)，以及經過中和、水洗、蒸餾等過程而製成的甲基酯類油料。此生質油類具有無毒和可分解的特性，且它的燃燒性質與石化柴油頗為接近，以致得採任意比例與屬礦油類的柴油調配使用，亦可逕行取代柴油作為柴油引擎的燃料，而不需對柴油引擎進行調整，減少吾人對石化能源的消耗，同時減輕因耗用柴油、排放廢氣所造成的污染。另因生質柴油的閃點(flash point)較石化柴油高，因此，在其運送與儲存的過程當可較為安全。所以若是能建立回收廢棄食用油之良好機制，並穩定採收、價購能源作物，將可以之代替部分的石化能源。

    柴油的分子比汽油大，在從原油的煉製過程中， 兩者的蒸餾範圍顯然有別。柴油主要是由烷烴、烯烴、環烷烴、芳香烴、多環芳烴與少量的硫、氮及添加劑所組成的混合物。柴油引擎所排出的廢氣中， 二氧化碳含量較汽油引擎者為少，燃料消耗量亦可較使用汽油引擎者節省兩成左右， 但排出之廢氣味道則較重，乃因所含成分較多所致。至於柴油引擎和汽油引擎之差別，主要在於--前者是以經過噴油嘴( n o z z l e r )高壓噴出的柴油微粒，進入已於引擎汽缸內被高度壓縮的空氣之中， 而快速點燃爆發以產生動力；後者(汽油引擎)則是先使空氣經過化油器(carburetor)，而將汽油和空氣的混合氣帶入汽缸，經由火星塞等點火裝置點燃油氣而產生動力。

    經由實驗已可證明使用生質柴油作為燃料，所排放之污染物較少，故而許多國家早即展開對該種潔淨能源的研發。事實上，早在上(廿)世紀的四、五O年代，美國軍方便曾開發出一種可同時混用多種油料作為燃料的軍用卡車，俾一旦柴油用罄、後勤支援偏又無法及時補充時，得以其他於燃燒後具有熱能的油料充作替代燃料，最特別之處乃是在於引擎處有一可視燃料熱值高低而調節其用量的密度補償器(density compensationer)，好使車輛維持一定的馬力。同一時期，美國民間亦有業者和研究部門嘗試以酒精、沼氣當作車輛的燃料，而且並可利用甘蔗汁液以煉製成酒精， 咸有相當的成果可被順利的應用；不過，在六O年代因西亞陸續發現並開採出大量的石油，使斯項領域的研究遂告停頓不前。直至最近石油價格呈現極不穩定，且人類已漸有終將耗盡石化能源之憂慮，方才再度重視如何以生質能源來代替石油。吾國經濟部亦於一項為期兩年的「生物能源技術應用」研究計畫之中，列入生質柴油的研究開發，足見政府對此領域的重視。

    全世界之生質柴油年產量現已可逾250萬噸，歐洲國家便即占了八成以上，德國乃是推行使用生質柴油最為積極的國家，年用量逾110萬噸，係以菜籽油為主原料；美國暨日本則是歐洲以外地區另亦大力推展應用生質柴油的國家，分別是以黃豆油和廢食用油作為主要之原料。以上進步國家所製成的生質柴油，常是用於公共汽車、計程車和垃圾搬運車，或是用在國家公園等特殊環境保護區內的交通運輸車輛。各國在發展生質柴油的初期，皆會透過立法作為或運用其行政權，予以研發廠商租稅方面的優惠，使其樂於投入生產生質柴油；另則再對石化柴油課徵污染稅或別的稅目，使油商相對的提高石化柴油之價格。透過以上雙重措施，減少生質柴油與石化柴油的價差，以誘使駕駛人改為利用生質柴油。倘因生質柴油的供應量尚少，產製成本偏高以致售價在短期內未能降低，則政府得先指定某些特定的公務車輛，率先使用生質柴油，一則建立相關的技術與經驗，再則作為日後普遍推廣的尖兵。

    現階段， 美國已發展出從精煉 黃豆油過程中所產出的油類乳化廢質物--即皂腳，作為轉製成生質柴油的原料，該含有近約5 0 %的水分，餘為油脂、磷脂、非皂化物以及游離性脂肪酸諸成分的皂腳，較特別之處乃是其酯轉反應是經由鹼性水解、去除水分後，再以酸催化( A c i d -catalyzed)方式而生成生質柴油。以上之方法在生產生質柴油後，會餘留固體的硫酸鈉為其副產物，必須妥慎處理或以其他化學反應，予以合成為對環境較無害處的化合物。後則經過研議而採取於油脂精煉過程中，應用氫氧化鉀( K O H )取代氫氧化鈉(NaOH)施行鹼性水解，俾產生硫酸鉀之副產物，而價格昂貴的硫酸鉀正是製造化學肥料的主要原料，容有一舉兩得之益。

    近期間， 美國境內一家位於密蘇里州的「美國中部生質燃料公司」( M i d -America Biofuels)，產能便已臻達每年1 , 5 0 0萬加侖( G a l )，係採用產自密州大約1,000萬蒲式耳(Bushel，又稱英斗)的黃豆，以製造出黃豆油，俾再供為產製生質柴油的原料。由克萊斯勒(Chrysler)集團生產的「自由型款」吉普車 ( J e e pLiberty)，係美國首創採用生質柴油以運轉的中型柴油引擎車輛，和馬力與其相近的3.7 Liter V-6汽油引擎相比，約可提高將近三成的燃料效率，且可減少約20%的廢氣排放比例。今之全美各州， 約有逾1 , 0 0 0家的全國石油商以及逾3 0 0家的加油零售站，可對駕車人提供添加生質柴油的服務。另依據美國農業部(USDA)的預估，由於優惠稅率法案的通過和其他許多之因素如石化油料的短缺或售價上揚等，將可使美國民眾對生質柴油的需求，從現行每年3,000萬加侖之消費量，在後續幾年內成長至每年逾1億2,400萬加侖。

    建於嘉義民雄的全國首座生質柴油示範廠，係由工研院能資所進行研發，並與台灣新日化公司合作的工廠，以黃豆油與回收廢食用油為原料，每年的最大量產能力約為3 , 0 0 0公噸。就其以每批次4噸的廢食用油為原料以進行生產的速度而言，只要8小時左右就可以製成4公秉的生質柴油。而以台灣每年需以焚化、燃燒方式處理將近77萬公噸的動植物性油脂以衡量，共計得以之生產出8 5 , 0 0 0公噸的生質柴油，亦即在完全理想化的情況下，台灣境內總計得以興建約2 8座規模和民雄生質柴油示範廠相當的工廠，以完全消化上述為數近約7 7萬公噸的動植物性油脂。至於以台灣近年來每年約需耗用5,822千公噸的石化柴油衡觀之，是民雄廠所生產生質柴油重量的1,900餘倍。因此，建造生質柴油廠實有極大的發展空間和潛力，嗣後國內容可賡續建造生質柴油工廠，俾增加生質柴油之供應量，以逐步取代石化柴油。重點乃在其高昂的產製成本與近約一般柴油兩倍的價格，是否能為使用者所接納，因此政府勢須訂立攸關生質柴油的優惠法案，俾拉近常用石化柴油與生質柴油的價位差距，否則只能靜俟數十年之後，一旦石化柴油真的進入枯竭的階段，生質柴油才有揚眉吐氣的一天。

    將生質柴油以x%和石化柴油以(100-x ) % 的比例混合成的油料， 係被稱為Bx的生質柴油。根據實測，一般的柴油車便可在無需修改柴油引擎的情況下，直接改為採用生質柴油，其燃料消耗量、運轉效率、最大扭力俱與使用石化柴油略同。再者，因生質柴油的潤滑性高，且與石化柴油的混合性良好，因此生質柴油尚可添加於石化柴油中作為潤滑劑使用，如歐洲地區的柴油車輛便常以添加有5%的B5生質柴油作為燃料，以增益引擎的良好潤滑度，在美國則是常用添加有20%的B20生質柴油作為大型車輛之燃料，且可明顯的發現到，以生質柴油為燃料的引擎排氣所帶有的油臭味較低，對人體的危害也較少。復就燃油消耗率來探討，因為生質柴油的分子結構，係在其1 9個碳分子之外，尚有二個氧分子可供作較完全的燃燒，故不但能釋放更多的熱值，還可減少排放黑煙。

     依據發表自工研院IEK-ITIS計畫的研究資料，可將B20之生質柴油與石化柴油燃燒產生的廢氣作一比較，並列如附表所示。就減量成效作比對，在總碳氫化合物(THC)上可減量20~30%、一氧化碳(CO)可減量10~20%、懸浮微粒(PM)可減量5~15%；而若是使用B100的純生質柴油，則THC可減量80~90%、CO可減量30~40%、PM可減量30~50%，效益尤大。由於生質柴油可有效降低車輛排氣所造成的廢氣污染，因此若將柴油車改用生質柴油作為燃料，將可大幅減少污染及降低溫室效應(greenhouse effect)，故生質柴油乃是另種型式的綠色能源(Gr e e nEnergy)，得符於「京都議定書」所楬櫫的環保精神與規範。

      我國已於2 0 0 4年時開放使用柴油小客車，因其具有扭力大、較省油等特點，且柴油之售價又比汽油便宜，故雖然柴油引擎比具相同排氣量的汽油引擎貴約三成，但仍有極可觀的市場。如果柴油小客車的使用量增多，容可促進生質柴油的需求，惟卻因為現今國內產製的生質柴油數量不多，價格幾近石化柴油的兩倍，故仍難全面推廣，只宜選定某些特定車像是經環保署擇定的垃圾搬運車，添加含量比例為20%之B20生質柴油作為其燃料。推廣使用生質柴油最大的困難在於成本過高，特別是欲以生鮮的植物性油料煉造成生質柴油尤不划算，即使未如生產烹調用油般的必須經過多項清潔、消毒過程，僅從種植作物至採收、榨成植物油所需之成本，即遠比煉製石化柴油為高，因而較適當的方式乃是藉由回收家庭、餐飲業和油炸食品業者…等之廢食用油，作為製造生質柴油的來源，以減少原料之成本，同時可省除對廢食用油的處理以杜絕污染環境，並促成廢食用油的重再利用。因而妥善規劃廢食用油的回收系統，將其以合宜管道運至生質柴油煉製廠，乃是推行使用生質柴油的重要前提之一。此外，如果生質柴油得在市場上受到歡迎，之後單靠回收廢食用油作為原料，仍然無法弭應煉製生質柴油之需求時，農政部門亦可考量勸導農民以原已休耕、廢耕的農地，重新栽種得榨獲植物油的「能源作物」，此既可化解農地廢耕的問題，並可增加生質能源之自給率，將對我國需用能源之獲致有所裨益，並為民眾持續創造福祉。

附表　石化柴油與B20生質柴油之廢氣排放比較表