再生能源应用-生质柴油

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1、再生能源應用－生質柴油壹●前言生質能是一種再生能源，與風能、太陽能一樣具有取之不盡、用之不竭的特性。與其他再生能源比較，生質能的優勢包括技術較成熟、有商業化運轉能力、經濟效益較高、且因使用材料為廢棄物，故兼具廢棄物的回收處理與能源生產的雙重效益，其中一種就是生質柴油技術。圖一奧地利格拉茲回收餐廳和家庭食用油，變成生質柴油給公車使用十八世紀中已經利用酯交換反應，從動、植物油製取甘油做為肥皂的原料，這種反應的副產品即為生質柴油。1898年RudolphDiesel在巴黎世界博覽會展示全球第一個壓縮爆炸引擎時，所用的燃料就是花生油製成的生質柴油；直到1920年代

2、廉價的石油製品2號燃油（柴油）出現後，生質柴油才退出車用燃油市場。圖二壓縮爆炸引擎1970年代曾發生兩度全球性能源危機，生質柴油才重新受到關注，但是由於政治與經濟的因素，當時並未獲得重視與推廣。一直到2000年後，石油價格不斷上漲，環保議題日益沸揚，京都議定書與溫室氣體減量協議開始生效，迫使各國政府紛紛制定推廣目標與政策，因此生質柴油的應用與推廣才能開始展現成效。使用一噸的生質柴油不但可減少一噸石油的進口需求，還可減少三噸CO2排放量，且可降低空氣污染與促進農業的發展，因此各國政府利用減稅、補助與法規的政策工具，推動生質柴油的發展。但是傳統生質柴油的原料需

3、要廣大的土地，並且可能造成與民爭食的窘境，這是大量生產必然面臨的問題，目前國際食用油價格不斷上漲，已經是一種警訊。圖三上圖是在美國從2000-2006年的生質柴油年消耗量圖四上圖是在美國從2000-2006年的生質柴油年生產量在全球人口急遽增加下，能源短缺問題日漸嚴重，生質柴油不僅有助於解決廢食用油回收處理的問題，也可以保障一般消費者免除回鍋油對身體健康的困擾，對能源幾乎完全進口的我國更提供極大助益，能為台灣永續發展建立良好的基礎。貳●正文一、生質柴油生質柴油不含石油和各種石化柴油混合而成為生質柴油混合燃料，是由動植物油或廢食用油經過轉酯化（一般是指醇和酸

4、作用，生成酯和水的一種有機化學反應）的化學過程所製造出來，一是脂肪酸甲酯（脂肪酸甲基而成），另一種則是甘油(如圖五)，使用簡便，可生物分解，無毒性，不含硫和芳香族化學物質，發現可以有效減少硫化物、粒狀污染物、黑煙、一氧化碳、碳氫化合物等污染物的排放。圖五其特性如下:(一)生質柴油燃燒所放出的能量比石化柴油少１０％，因為生質柴油含有１０％的氧，因含氧量高所以產生的汙染物較石化柴油降低許多。(二)生質柴油為再生能源，與石油為有限儲量不同。(三)生質柴油可直接添加使用，不需要更改柴油機，使用方式與石化柴油相同。(四)生質柴油可降低油耗，與石化柴油以35％的混合使

5、用，可達到降低油耗的功能。二、製作過程生質柴油主要為將動、植物油脂或廢食用油中較大分子的飽和或不飽和脂肪酸類轉化成較小分子的脂肪酸酯，使其性質和柴油相類似，以改善上述的問題，其中的技術方法有很多種，較常被提及的有微乳化法、熱裂解法以及轉酯化法。1.微乳化法(Micro-emulsions）：以機械攪拌或化學方法將甲醇與植物油脂等二種不相溶液體混合成均勻像膠狀溶液，呈現微乳化狀態，可藉由微爆現象促進燃燒反應。(如圖六)圖六1.熱解法（Pyrolysis）：利用高溫下的熱量將具有大分子長鏈的植物油脂裂解為短鏈分子所組合之生質柴油。可添加觸媒加速熱裂解反應，所得

6、成份大多為低碳數的烷類或烯烴類碳氫化合物，但反應途徑和生成物難以掌握。(如圖七)圖七3.轉酯化法（Transesterification）：指動、植物油脂的三甘油酯以適量的觸媒（如NaOH或KOH），與醇類(甲醇、乙醇)進行酯化反應，而生成脂肪酸甲基酯或脂肪酸乙基酯和甘油(glycerol)。這種方法的反應時間最短，卻能達到高比例的轉化效果。轉酯化法是使用甲醇與KOH溶液，在反應槽中將油料中的脂肪酸轉變成脂肪酸甲酯，一般反應溫度為65°C，反應時間約為5小時，使用電動攪拌機進行攪拌。反應完成後，靜置以分離沉澱於下層的甘油，此種副產品為粗甘油，產出約為150

7、-200公斤/噸生質柴油，含有甘油約50%，皂及酯類20-30%，甲醇20-30%，所以必須再加以提煉才能獲得純甘油。接著進行減壓蒸餾來回收甲醇，產出5公斤/噸生質柴油；然後利用醋酸進行酸鹼中和，再靜置分離出水份。這些廢水的產出量約為800公斤/噸生質柴油，含微量的脂肪酸及甘油，最後再進行一次減壓蒸餾，即可獲得最終產品（如圖八）。生質柴油製作流程圖圖八三、優點使用生質柴油有許多很好的理由，首先當然就是替代能源上的考量，石油蘊藏量只剩下大約四十年，使用生質柴油可以減少對石油燃料的依賴。以下是生質柴油的優點：1.可降低油耗。降低排放廢氣中的各項污染物，尤其是二

8、氧化碳減量最具效益，且燃燒時不含硫，研究顯示如果用20%生質柴油的