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2011 年 11 月 15 日 / ctkuo

汽車與生質燃料(五) -丁醇車與瓦斯車

2012 Honda Civic CNG,使用CNG的純瓦斯車。(圖片來源)
作者:歐陽孚 / 編輯:郭致廷、楊卓儒

前幾篇文章中,我們已經看過了能夠運用生質酒精生質柴油的車輛,然而這些並不是車用生質燃料的全貌。以下就讓我們來看看還有哪些可能的選項:

生質丁醇(Biobutanol)

酒精的正式化學名稱是「乙醇」,既然乙醇可以做為燃料,那麼自然會有人研究其他醇類,例如:甲醇、丙醇、丁醇…等作為燃料的可能性。而在這眾多研究中,丁醇是相當具有潛力的一種。

生質丁醇是從生物質製造出來的丁醇,大部分用於生產酒精的生物質都可以作為丁醇的原料。丁醇的性質比酒精更近似於汽油,它的熱值比酒精高,也就是燃燒相同質量的酒精與丁醇,後者可以產生比較高的能量。丁醇不易吸水,蒸氣壓(vapor pressure)較低而閃燃點(flash point)較高,因此儲運設備較酒精簡單許多,甚至可以使用管線運輸、比起僅能用槽車運輸的酒精減少許多成本;而且丁醇與既有車輛的相容性很高,有些汽油車甚至不需修改任何零件即可添加[註1]。美國能源部(DOE)的網站有更多關於生物丁醇作為燃料的介紹,有興趣的朋友可以參考。簡言之,單就燃料特性而言,酒精根本不是丁醇的對手。

然而,目前複雜與高耗能的製程[註2]使得丁醇沒有價格競爭力,現階段不可能投入商場。此外,除了製程問題以外,丁醇與彈性燃料車用的酒精一樣需面臨後勤系統的問題。我個人認為,要看到添加生質丁醇的車輛普及,十年之內不太可能[註3]。雖然如此,目前還是有許多公司投入這塊領域,比較活躍的是杜邦(DuPont)與BP的合作計畫下成立的Butamax向美國海軍供應丁醇以轉化成航空燃料的Cobalt、用100%丁醇支援一台別克轎車(1992 Buick Park Avenue)橫跨美國的butyl fuel, LLC…等,更多丁醇公司可以參考這張清單

用丁醇從俄亥俄州開到加州聖地牙哥的1992 Buick Park Avenue (圖片來源)

甲醇(Methanol)

除了丁醇以外,甲醇(methanol)也是一種生質燃料的選擇,在1973年的能源危機後曾被廣泛研究,它與乙醇在各方面的性質都很相似,只是能量含量更低一些,但製造成本更為低廉,可由煤炭或天然氣大量製造,也可透過汽化由生物質生產[註4]。只是到了90年代末期,由於生質酒精獲得比較多的政府補助(例如:美國的VEETC方案),並且可協助農業發展(例如:玉米業)、具有較少溫室氣體排放等優點,在種種考量下使得甲醇漸漸失去青睞。

美國加州政府曾在1980到1990年代大力推動一般車輛添加M15(一般汽油混入15%的甲醇),催生使用M85的彈性燃料車,並購置許多甲醇車作為公務車。只是該政策到了2005年也為了推動生質酒精而中止,目前美國車商已經不再製造甲醇乘用車。整體而言,甲醇作為內燃機車輛的燃料已是明日黃花,然而近年來有研究專注於以甲醇作為燃料電池(Fuel Cell)的燃料,或許會是甲醇的出路。

天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)

美國華盛頓DC添加CNG的公車 (圖片來源)

「瓦斯」通常指的是以甲烷為主的「高壓天然氣( Compressed Natural Gas, CNG)」,常以鋼瓶儲存;另一種以丙烷、丁烷為主的「液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas, LPG)」由於也是用鋼瓶儲存,性質又相近,因此在談車用燃料時,也常被歸在瓦斯這一類。瓦斯車的英文相對應名稱是「天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)」。

CNG車輛除了在特定幾個國家(巴基斯坦、伊朗、阿根廷、巴西…等)接受度較高以外,在一般國家並不普及。CNG的優點是乾淨,由於燃料的成份相對單純,排放出來的有害氣體較少,行駛每公里的碳排放可以減少約10%;此外價格低廉,行駛相同距離的花費比起汽油便宜許多(有時可以少3成)。然而最大的缺點是加油站數量太少,不利於一般消費者的乘用車;同時熱值低,造成每公升燃料能跑的距離比較短,也不太適合經常爬坡的車輛。綜合以上特性,許多國家如美國、德國、印度、澳洲…等,將CNG應用於以公車為主的大眾運輸上。

典型的LPG瓦斯鋼瓶,置於後車廂內。(圖片來源)

台灣使用CNG與LPG的濫觴可追至1930年代,過去十年推廣的瓦斯車主要是使用LPG,主打的是由一般車輛改裝成為「油氣雙燃料車」,優點是改裝過程容易,而且在車輛剛啟動時或是爬坡時可以手動切換為汽油。但由於這種作法需要佔據車身內額外的空間(通常是後車廂)放置儲氣鋼瓶,因此比較不為一般消費者接受,採納者多是對燃料價格敏感的計程車司機。至於許多消費者擔心的安全性問題,事實上過去發生的爆炸意外究其原因多是改裝過程不符規範所致,技術人員若都能按標準程序施工即可避免;加上近年來越來越多鋼瓶對於承受撞擊有特殊設計,在某些試驗條件下 甚至比汽油車的油箱還要穩定。然而這幾年政府政策搖擺,既在2008宣布要鼓勵計程車全面改裝,又在2010年取消燃料購買的補助,瓦斯車在台灣的發展前景並不樂觀。

小結

這篇文章介紹的丁醇車還不成熟、甲醇車逐漸凋零,瓦斯車則是前途不明(在台灣),但它們仍然具有價值。如我們在以前的文章中提過的,要完全取代汽油與柴油的龐大用量是個非常艱困的目標,必須要多管齊下。具有酒精生產優勢的國家當然有利發展彈性燃料車,盛產天然氣的地區則可以多推動瓦斯車;丁醇車輛缺乏後勤系統支援,但可以從軍事用途、航太用途切入,摸石子過河。下一篇文章,我們將向各位介紹氫氣車(燃料電池車),繼續探索生質燃料的未來發展。

註釋

1. 「添加100%丁醇不需改造車輛」這一點多是由生質丁醇的擁護者提出,然而目前能佐證的相關試驗有限,也還沒有車輛製造商為此背書。美國環保署(EPA)的現行規範是一般車輛最高可以使用含有11.5%(v/v)生質丁醇的汽油。

2. 目前生質丁醇的製造是透過一種特定的發酵作用,然而丁醇自己卻是這種發酵作用的抑制劑,大幅影響生產速率,因此必須要不斷將丁醇移出。產出的丁醇溶液濃度太低、純化過程需要耗費許多能量,是當前製造丁醇的兩大難題。

3. 除了製程問題與後勤問題外,生質丁醇與生質酒精互相競爭也是一個難題。雖然有部分生質酒精製造商投入生質丁醇的發展,但其他資本有限的生質酒精製造商很可能不願意投入,甚至會杯葛、阻擋這項分食生質燃料市場的產品。最後或許需要政府政策的干預,才能平息它們之間的衝突。

4. 低成本的甲醇一般還是由天然氣製造,因此嚴格說來不能算是「生質能源」。

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