BioEnergyToday 生質能源趨勢

2011 年 01 月 24 日 / ctkuo

生質能源概論(三)－生質能源的使用型態

作者：歐陽孚 / 編輯：楊卓儒

本文將以宏觀的方式簡單介紹生質能源的形式與利用方式，往後也將會再有數篇專文深入介紹本篇所提及的部分利用方式，加深讀者對於熱門議題的背景知識深度。生質能源的分類方式很多，可由原料劃分、依加工程序歸類，也可以藉由最終產物來介紹，此處我們將以其被利用時的型態─物質三態：液、固、氣，來進行說明。

液態：液態生質能源基本上指的是生質燃料(biofuel)：生質酒精(bio-ethanol)、生質柴油(biodiesel)。生質酒精可以和一般汽油混合後供應一般小型車輛的動力，所謂E5酒精汽油指的是一百公升的該油品中，有五公升的生質酒精，95公升的一般汽油。生質柴油則可以和普通柴油混合後供應使用柴油引擎的動力機械，通常見於較大型車輛，例如：公車、垃圾車、曳引機、甚至是火車。與汽油類似，生質柴油的比例通常以B5、B10、B20…的方式表示。液態生質燃料除了前述兩種以外，用於航空載具的產品稱為生質煤油(biokerosene)，以供應渦輪發動機。這三種液態燃料由於主要成分的碳鏈長度不同，也就是所含的主要化學成分不同，使其具有不同的性質。為了製造不同長度的碳鏈，由原料轉換為成品的化學過程與儀器設備都會有所差異。生質燃料除了可供運輸外，也可用於燃燒發電。

固態：主要是指的是固態廢棄物衍生燃料技術（densified refuse derived fuel, RDF-5）其中的5指的是固態，依此類推，廢棄物衍生燃料事實上還有其他不同的型態。RDF-5這種技術是利用物理前處理技術，先將廢棄物破碎、選別、乾燥後，再加入添加劑，以製成外型與成分都符合特定規格的錠型燃料，有利於後續的能源應用，例如燃燒發電。原料來源可以是都市廢棄物(一般垃圾)、工業廢棄物(例如：紙廠廢料)，也可以是農林廢棄物(例如：廢木材)。由於錠型燃料規格較為一致，因此燃燒發電的效率與汙染程度都優於一般焚化爐，目前日本的技術最為領先，已有60餘座此種類型的發電廠，同時歐洲亦有許多國家跟進。

氣態：熱化學轉換技術是將生質能原料轉換成其他型式燃料的重要手段。轉換程序基本上可分為氣化(gasification)與裂解(pyrolysis)兩種，在進行這兩種熱轉換時往往可以得到氣態產品。以氣化程序獲得者，一般稱為合成氣(Syngas)，成分主要為一氧化碳、氫氣、甲烷。這樣的氣態燃料可以直接作為鍋爐的燃料用於發電，或是再進行轉化形成液態燃料與其他化學產品。此外，主要成分為甲烷的沼氣也是重要能源，可由經過設計的垃圾掩埋場產生，使廢棄物能有另一層價值。

值得一提的是，就如同上一段提到的氣態燃料可再經轉化與加工成為液態燃料，生質能源從原料到最終應用可能經過多次的相變化與化學程序。本文雖由物質三態切入說明，但讀者不應誤認為此三態在應用上是全然獨立的。關於更深入的介紹，請繼續閱讀本系列的後續文章。

2011 年 01 月 23 日 / ctkuo

[產業] 柴油油電混合車戰火升溫

Peugeot 3008 HYbrid4

圖片來源：http://green.autoblog.com/photos/peugeot-3008-hybrid4/

原文為〈Diesel Hybrid Market Fires Up〉於2011年1月12日發佈於《Biodiesel Magazine》網站，摘要如下：

1. 「柴油」油電混合車在卡車與公車已有商用車種投入，而法國Peugeot車廠預計在2011年推出新車「3008 HYbrid4」，是柴油油電車中全球第一輛的量產型轎車，預計將會讓油電車產業獲得可觀的成長。

2. Peugeot 3008 HYbrid4採用一具2.0L、163匹馬力的前置引擎，並於車尾裝置一枚37匹馬力的馬達(electrical motor)，因此總馬力為200匹，相較於傳統車輛可節省35%的油耗；此車提供三種動力模式：零排放模式、自動切換模式，以及四輪驅動模式。零排放模式就是完全依賴馬達驅動車輛，因此不會有任何的廢氣排放，這種駕駛模式適合於市區行進；自動切換模式是由電子裝置自動選擇引擎或是馬達做為動力來源；四輪驅動模式則是兩種動力系統(powertrain)同時作動，前輪由引擎驅動、後輪由馬達驅動，將可提升車輛在高速公路行駛時的性能。同時這輛車也能使用B30(含以下)的生質柴油，進一步降低碳排放量、減低對石化能源的依賴程度。

Peugeot 3008 HYbrid4

圖片來源：http://green.autoblog.com/photos/peugeot-3008-hybrid4/

3. 卡車市場的柴油油電車也不斷有新科技推出，Volvo的油電混合公車在市區行駛時可以節省30%-35%的油耗，在高速公路則可以降低20%-30%，2010年問世的Volvo 7700 Hybrid車型可以在引擎與馬達兩種動力來源間切換或是協同運作。在車輛剛發動時動力是由馬達供給，並且可以支援至時速20公里(12.5英里)，轉速提高時，動力將由引擎提供。供應馬達能量的電池是由煞車系統與引擎充電。Volvo目前正在著手研發使用B100生質柴油的車輛，也就是使用未經混合的、純粹的生質柴油來提供引擎動力。

Volvo7700Hybrid

圖片來源：http://www.volvobuses.com/bus/global/en-gb/volvogroup/environment/going%20greener/hybrid/pages/hybrid.aspx

評論：

1. 第一輛量產型的汽油油電混合轎車在1997年於日本登場，是Toyota的Prius，數年之間逐漸在日本與美國打下了一片江山，其後到了2007年前後，因應全球油價飆漲，汽油油電車的全球銷售量更是大增。歐洲市場雖不如美國熱絡，但現在Peugeot車廠即將推出柴油的油電混合車，將油電混合技術整合進歐洲暢銷的柴油轎車之中，或許會讓油電混合車的歐洲戰場升溫。

2. 就生質燃料而言，歐洲的發展主流是生質柴油而非像美國一樣是生質酒精，因此第一輛使用生質柴油的油電混合轎車在歐洲登場其實非常合理。

3. Volvo目前發展中的B100技術或許能夠讓生質柴油技術前進一大步，但是這種車輛要被業界普遍接受恐怕仍有一段路要走。價格方面或許能夠藉由政府補助而具有些微的優勢，然而這樣的優勢能夠維持多久、生質柴油還需要多久的時間才能獨立地具有商業競爭力都仍是未知數。並且普遍來說每單位生質柴油的能量其實略低於一般柴油，在低量混合(例如B20以下)的時候或許可以忽略差異，然而達到B100是否仍能獲得滿意的性能，恐怕還需要進一步驗證以及技術上的突破。但總的來說，對於生質柴油車輛的發展我們仍應抱持正面態度，畢竟生質燃料是替代能源中最能降低石化燃料依賴程度的選項。

汽車與生質燃料(四)-油電混合車
美國公車CityLink採用生質柴油

2011 年 01 月 21 日 / ctkuo

生質能源概論(二)替代能源的興起

作者：歐陽孚 / 編輯：楊卓儒

承續上篇所提，石化能源有儲藏量限制以及環境污染的問題。於是人們便開始尋找各種替代方案。其中，替代能源即是目前最受重視的解決方案。所謂的替代能源(alternative energy)是相對於石化燃料(fossil fuel)而言，因此若採用較廣義的解釋，石油以外的能量來源諸如生質能、太陽能、風能、水能、地熱能…等都應該屬於此類，然而通常使用這個詞彙時，我們常又賦予它「可再生」的涵義，也就是我們希望這種能源能夠永久提供能源，並經由自然過程不斷地補充，進而在人類有生之年不會有耗竭之時。倘若採用此種較嚴格的定義，則核能並不在討論的範疇之內。近年來比較受到重視的替代能源有太陽能、風能、生質能…等等。接下來，我們將逐段介紹前述三種替代能源的特點。

人類使用能源的方式，最早是從「燃燒」開始。鑽木取火之後，我們了解「燃燒」可以滿足我們對於照明與加熱的需求，因此開始尋找不同可供燃燒的原料，從植物(例：木材)、動物(例：鯨魚油)，終於擴張到石化燃料(例：石油)。接著內燃機與發電機的出現，讓燃燒產生的能量可以用來發電(例：火力發電)，配合供電網路的基礎建設逐漸完備，電成為人類使用能源最普遍的方式。因此能量來源雖然多元，但一般而言我們都會透過機械設備進行轉換，使得最終的使用方式不出「燃燒」與「發電」兩種。我們可以籠統的說，最後提供能量給人類的設備不是內燃機就是發電機，具體一點的例子便是引擎與電廠。因此替代能源的潛力，可由是否能夠取代引擎與電廠，以及其所需成本來作評估。

圖片來源：http://0rz.tw/Gi0Nd

如同第一段所提到，目前最受矚目的三種替代能源分別是：風能、太陽能、生質能。風能是藉由在地面上或海上建造風力發電機，讓風推動風機葉片使得風機作動產生電能，而後將所產生的電力輸送到供電網路內。風力發電的其中一個困難點是「地點選擇」，由於仰賴氣體流動，因此風力與風向是否穩定非常重要；另外，由於風機通常不會單獨架設，而是會建造陣列構成風力電廠，因此地點必須遼闊，使得適合的地點又更加減少。然而即便地點再好，也不法保證時時刻刻都能得到風力供給，因此發電機組增加並不能保證發電量有效增加。由於以上的限制和遇到的困難，風力發電無法像火力發電與核能發電作為供電網路的基載電力。

太陽能的利用方式可分為「光電轉換」與「光熱轉換」兩種。前者最常見的例子就是計算機上的太陽能電池，對其照射陽光就會產生直流電，以供應計算機能量。將規模放大，就是一般建築物屋頂上面的太陽能板；若是將太陽能板建造成規模更大的陣列，就形成了太陽能電廠。「光熱轉換」則是利用太陽照射來加熱液體，將液體的熱能傳遞給其他需要高溫的目標，或者是利用加熱後的液體推動蒸汽引擎。太陽能的缺點與風能類似，雖然光照源源不絕，但沒有哪個地點每天都是有光照供給，更遑論許多地點時常陰雨綿綿。因此，要以太陽能做為基載電力仍相當遙遠，目前只能作為供電網路內的輔助角色，或是一般家庭與商業大樓小規模發電供應部分需求而已。

生質能源用於發電，目前多是將都市廢棄物(例：家庭垃圾)、農林廢棄物(例：廢木材)、一般事業廢棄物(例：廢紙漿)…等製成固態廢棄物衍生燃料(RDF-5)，再送入鍋爐內燃燒以汽電共生方式發電。雖然在可見的未來都不可能取代火力或是核能作為基載電力，然而這種技術的優勢是一方面處理了本來就必須處置的廢棄物，同時又能依靠電能帶來額外的財務收入。事實上，生質能源最主要的優勢是支援引擎運作，這是其他替代能源難以與其競爭的部份。現行海陸空的運輸主要都倚賴石化能源生成的液體燃料(柴油、汽油、煤油)來驅動引擎(或內燃機)。可以說多數的運輸設備(例：飛機、汽車)以及相關後勤系統(例：加油站)都是為液體燃料而設計。而當前最能夠以現有系統進行佈署的替代能源就是生質燃料(酒精汽油、生質柴油、生質煤油)。其他替代能源如要用於運輸，基本上都要先發電，然後讓運輸設備使用電力。電力車或是電力船概念雖好，然後就現實面而言目前電池容量無法支援長程運輸，同時要佈署更換電池的「電力站」成本太高，等於是要重新建立後勤系統；於電力車或電力船上裝置太陽能板也不足以滿足長程運輸的需求，並且受到天候(日照量)影響甚鉅，更別說以電力支援客機跨越太平洋或是大西洋。因此在未來10年甚至20年內，生質燃料仍然會是替代能源中最重要的一項。

2011 年 01 月 17 日 / ctkuo

生質能源概論(一)－石化能源的危機

作者：郭致廷 / 編輯：楊卓儒

前言

《BioEnergy Today –生質能源趨勢》這個部落格成立的宗旨，在於分享生質能源相關資訊，讓更多人能夠對生質能源未來的趨勢有更進一步的認識。秉持著這樣的宗旨，在分享相關新聞的同時，我們認為必須撰寫概論性文章，從基礎知識開始，有系統的介紹現今生質能源產業，讓沒有相關背景的讀者也能掌握生質能源產業的脈絡。有鑑於此，BET團隊撰寫了一系列文章：《生質能源概論》。

《生質能源概論》一文預計分成七個章節，從人們尋找替代能源的動機部份開始，緊接著說明生質能源在替代能源中的優勢以及生質能源的分類，最後以四篇專文，依生質能源的利用方式做分類，深入介紹固態廢棄物衍生燃料、生質酒精、生質柴油與合成氣。我們期望能夠以深入淺出的文字敘述，建立讀者對於生質能源的基本認識。

生質能源概論（一）－石化能源的危機

來源：http://news.zj.com/detail/1289364.shtml

在數千年的人類文明歷史之中，人類開始開採石油至今不到兩百年，卻在這短短兩百年間，工業科技發展突飛猛進，達到前所未有的巔峰。當今石化能源涵蓋了生活中的食衣住行，舉凡交通運輸的汽油、柴油，供應家用熱能電能的天然氣、煤油，塑膠免洗餐具、身上穿的尼龍纖維…等，可以說現代人類生活已跟石化燃料密不可分。然而高度依賴石化能源帶來的便利的同時，也帶來了各種不同的隱憂。其中以氣候變遷和全球石化能源蘊藏量最廣受討論。

氣候變遷的原因至今仍無一定論，其中較主流的解釋為人類活動與自然週期共同造成氣候變遷。自然週期變化包含地球軌道週期，太陽黑子活動或月球引力造成數十年至數萬年的氣候週期性變化，例如地球軌道偏心週期大約十萬年，其近日點及遠日點的變化即會影響地球氣候，月球引潮力亦有19年變化週期。由於缺乏長時間氣候紀錄，難以將目前氣候異常歸因於單一自然因素。同時近代人類活動也對氣候造成了重大影響，其中溫室氣體增加導致溫室效應最備受大眾重視。溫室氣體包含二氧化碳、甲烷和臭氧…等等，溫室氣體能將熱能保存於地球表面，因此地球晝夜溫差不至差距過大。據科學家觀測，一萬年前全球大氣平均二氧化碳含量大約 250ppm (百萬分之一)，到了西元1800年成長為 280 ppm，時至2005年全球二氧化碳含量已成長至 350 ppm以上，在過去兩百年內全球二氧化碳的含量變化遠超過過去一萬年間的變化。結果證明在人類快速消耗石化能源的同時，也將大量二氧化碳自地底釋放於空氣之中。二氧化碳濃度增加同時代表了溫室效應加重，進而造成了極地冰原融化、世界洋流改變、沙漠化現象擴大…等等全球效應。近年來世界各地出現的各種極端氣候一再加深人群對氣候變遷的體認，2009年聯合國在丹麥的哥本哈根舉辦氣候變遷會議共同討論氣候變遷的應對策略，會後各國紛紛針對二氧化碳排放量作出總量限制並且尋求除了石化燃料之外的替代能源。(註一)

石化能源的另一隱憂為全球儲藏量。石油的形成是由古代海洋生物死亡之後隨泥沙一起沉至海底，經過漫長時間之後，有機物掩埋於層層沙石之下同時被厭氧分解，經過地層內高溫高壓的作用之後，這些有機物終於轉變為黏稠、深褐色的石油。其整體轉化時間歷時超過百萬年。然而自人類開始使用石化能源以來的兩百年間，已將全球石油儲藏量大量消耗，據研究指出，全球石油蘊藏量僅能供應人類大約50 年。近年雖然仍有發現新油礦，但全球石油消耗量仍在快速增加，因此較樂觀的研究指出石化能源約可供應100年。然而不論50年或100年，人類終將面對無油可用的困境，在此困境來臨之前，我們必須找出合理的替代方案。

註

1. 關於氣候變遷的協定，讀者較常聽到的是<京都議定書>。事實上，京都議定書有效力僅作用於2008至2012年之間。有鑑於此，聯合國氣候變遷組織於2009年12月再次於哥本哈根招開會議討論對應策略。會議的結果則因美中雙方無法達成共識，會議記錄僅收錄於聯合國附錄文件，不同意的國家不必簽署。美國於會後兩個月自主宣佈減碳方針。關於IPCC的資訊，請參閱IPCC網站：http://www.ipcc.ch/index.htm

2011 年 01 月 14 日 / ctkuo

[技術] 生質柴油的流動性問題

圖片來源：

http://www.gmc.com/2011sierra/2500HD/index.jsp

原文為〈Flowability: A Complex Issue〉於2011年1月12日發佈於《Biodiesel Magazine》網站，摘要如下：

1. 脂肪酸甲酯(Fatty acid methyl esters, FAME)生質柴油投入應用已逾十年，若考慮美國訂定的替代燃料國內使用量目標，其消耗量未來勢必會持續增加。

2. 然而生質柴油最常被詬病之處，就是阻塞加油站設備或是車輛濾網的問題時有所聞。幾個原因將分述如下：

(1) 低溫凝固：FAME在低溫時容易形成蠟狀晶體，進而堵住汽車濾網、油箱，或是儲油設備，飽和度越高的脂肪酸越容易發生此項問題。選擇適當的添加劑可以改善這種情況。

(2) 微生物孳生：細菌或是真菌類容易於生質柴油內生長，其屍體會在油箱內堆積，影響加油站的供油系統。更頻繁地對儲油設備清理或是避免油箱水位過低都可以改善此狀況；如果事後能做好清理工作的話，使用滅菌劑也是一可行的做法。

(3) 氧化反應：在儲存、運輸、配送的過程中，FAME都有氧化可能，伴隨的化學產物會堆積在供油系統內，阻塞濾網、噴嘴，甚至造成腐蝕。

(4) 雜質存在：油品內的單肝酯(monoglyceride)、甾醇苷(sterol glucosides)、甘油(glycerin)、皂垢(soap)，在低溫時溶解度會降低形成晶體析出、甚至是互相作用，進而在降到雲點以前就能影響液體的流動特性。

評論：

原文作者來自一間製造生質柴油添加劑的公司Infineum，難免有一絲為自家產品打廣告的意味，然而文中提到的阻塞問題確實是生質柴油的一大挑戰。畢竟生質燃料與其他替代能源相比之下的最優異之處就是容易整合進現有的後勤系統之中，原文提到的幾個原因雖然目前似乎都有解決辦法，然而多了一道手續就是增加不便、提高成本。目前各國多半已有自己的生質柴油品質規範標準，如何能用更先進的技術在製造過程中去除上開問題、達到生質柴油標準，還有賴各方科學家與工程師的努力。

補充：

1. ASTM D6751是美國生質柴油國家標準，包括使用時之最低要求與測試方法；歐洲使用的標準則是EN14214：2003(E)；台灣則是CNS-15072。上開三者的內容可參考台大生物機電系謝志誠教授的網頁(連結)。

2. 雲點(cloud point)：指某物質原本可在液體中完全溶解，然而當溫度降低到達特定溫度之後該物質即開始析出，此時溫度稱為雲點。討論生質柴油時，雲點指的是蠟狀物開始生成的溫度。

3. 冷濾點(cold filter plugging point, CFPP)是生質柴油重要的特性之一，指的是油品通過發動機供油系統時能造成濾網堵塞的最高溫度，這項特性表現不佳通常是生質柴油的缺點。

4. Infineum的網站上有一個影片解釋生質柴油流動性問題以及添加劑如何作用，片長約8分半，值得讀者參考：http://www.infineum.com/Pages/ColdFlow.aspx。

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