生質柴油Ι-原理課件

1、(II) 生質柴油-原理與特性授課老師: 陳奕宏國立臺北科技大學 化學工程與生物科技系97 年 10 月 16 日1一、前言二、何謂生質柴油三、生質柴油之特性四、臺灣發(fā)展生質柴油的現況五、國際生質柴油的發(fā)展現況六、生質柴油作物對環(huán)境之貢獻七、小結內容大綱2一、前言隨著人口增長與科技的進步，不論是生活或工業(yè)方面對燃料的需求量都越來越大。雖然石油的消耗量可以衡量一個國家繁榮的程度，但根據專家的推斷，目前全球石油蘊藏量大概僅能再開採四十年或更少。近年來石油價格節(jié)節(jié)上升即為明顯的例子。 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(fā)，盼能開發(fā)出新的無污染且價格低廉之能源。從下表可發(fā)現生質柴油為

2、目前最為適合用來取代石化柴油的替代性能源。3各種替代能源用以替代石化柴油之評價表資料來源：(李宗育，2005) 4二、何謂生質柴油生質柴油(biodiesel)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(黃豆油)、玉米油、棕櫚油等，通常是配合醇類(甲醇、乙醇)經轉酯化反應(Transesterification Reaction)可生成直鏈酯類以製造生質柴油。56（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榨油製程油菜籽 秋季播種次年5月開花同年7月收成 採根莖葉與 種子分別收穫副產品：豆渣飼料純淨之油菜籽油酯化為生質柴油桶槽儲存載運出貨生質柴油加油站67Tran

3、sesterification Reaction of Oil三酸甘油酯甲醇甘油脂肪酸甲酯（生質柴油）Catalysts: Two of the most commonly used catalysts for transesterification are NaOH and KOH. R1, R2, and R3 are long chains of carbons and hydrogen atoms, sometimes called fatty acid chains. Viscosity：27-35 mm2/sec 4-5 mm2/sec8三、生質柴油之特性生質柴油為長鏈脂肪酸單烷基

4、酯，是從可再生的脂質原中取得，是一種新的替代能源，為石化柴油的替代燃?？芍苯拥靥鎿Q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，在運輸的過程比石化柴油安全且較揮發(fā)。9生質柴油僅能直接的當作燃燃燒使用，亦可與石化柴油混合調配使用： (1) B100: 100%生質柴油。 (2) B20: 20%生質柴油添加至傳統(tǒng)柴油中。 (3) B2: 2%生質柴油添加至傳統(tǒng)柴油中。生質柴油之特性(續(xù))10將混合(20%)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。 比較結果明顯可得知，B20生質柴油可完全取代石化柴油，在安全性與環(huán)保要求上，B20生質柴油都比石 化柴油佳。 資料

5、來源：(李宗育，2005)代表特性#2石化柴油生質柴油閃火點(Flash point)52118硫含量%0.050.01十六烷值(Cetane number)4250潤滑性gr.min.2,5006,000生質柴油之特性(續(xù))11生質柴油之優(yōu)缺點12生質柴油之優(yōu)缺點(續(xù)) 冷濾點(Cold filter plugging point ，CFPP)： 柴油通過柴油發(fā)動機供油系統(tǒng)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。 十六烷值較高，且污染性低。 無毒性可再生(Renewable)，且具生物可分解性(Biodegradable) (為優(yōu)點亦為缺點) 。 不含芳香族烴類成份而不具致癌

6、性，並不含硫、鉛、鹵素等有害物質。 減少黑煙、碳氫化物、微粒子以及CO2排放量。 可替代部份能源，節(jié)省石油進口量及外匯。 自行設廠生產又可增加就業(yè)機會，並可回收廢食用油脂做為原料 ，以利廢油的再資源化，一舉數得。13CFPP is a problem for B100 biodiesel資料來源：(/biomass/pdfs/36182.pdf)14臺灣使用生質柴油的優(yōu)點符合世界潮流，配合京都議定書消減CO2計畫，為臺灣永續(xù)發(fā)展建立良好的基礎。減少環(huán)境破壞，節(jié)省環(huán)境資源。發(fā)展生質柴油可增加臺灣能源自給率，舒緩臺灣原油進口問題。降低農業(yè)用地休耕率，增加造景環(huán)境供生態(tài)旅遊及教學，增加農業(yè)人口的工作

7、機會。結合農業(yè)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。 產生具有市場價格之副產品(甘油、固肥等)。15四、臺灣發(fā)展的生質柴油的現況國內柴油目前約有600萬噸年消費量，其中有370萬噸供柴油汽車使用。嘉義縣民雄工業(yè)區(qū)於93年10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最大產量約3,000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。16目前臺灣已有多家廠商取得製造與販售許可。生質柴油的開發(fā)需循序漸進，初期發(fā)展階段的供給貢獻度必然較小，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，生質柴油在五至十年後將逐步明顯增加其供給量

8、，預期十至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(續(xù))17先前執(zhí)行與配合的相關單位環(huán)保署 (1) 93底開始補助13個縣市進道試，輛總數 780輛以上。 (2) 使用生質柴油約1300公秉。農委會 (1) 進能源作物生產體系及環(huán)境效評估：94擇定宜 三星、雲古坑、臺南學甲共90公頃休耕地種植 能源作物。 (2) 95耕地面積擴大為2000公頃。18環(huán)保署推動生質柴油道路試行計畫資料來源：(莊國立，2007)19經濟部 (1) 90施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(yè)產銷管辦法。 (2) 9410月召開研商推動生質柴油具體動方案(草 案)會議，規(guī)劃建跨部會之

9、生質柴油產銷合作機 制。 (3) 97年7月15日起臺灣本島銷售B1生質柴油。先前執(zhí)行與配合的相關單位(續(xù))20五、國際生質柴油的發(fā)展現況目前生質柴油全世界年產量已超過250萬噸，其中歐洲占80%以上，德國是生質柴油發(fā)展最成功的國家，產能超過110萬噸/年。歐洲主要以菜籽油為原料，美國以大豆油為主。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(qū)之公車、計程車或是環(huán)境敏感地區(qū)如國家公園的交通運輸工具上推廣應用。國際生化柴油開發(fā)現況21資料來源: (EurObservER, Biofuels Barometer,European Biodiesel Board, and calculati

10、ons based on EuroStat，2004)Biodiesel Production in kT in EU 2522從1991年開始發(fā)展近幾年德國生化柴油市場以30%的幅度持續(xù)成長，在德國已有1000家以上的加油站提供純的生化柴油，為目前生化柴油發(fā)展最成功的國家之一。最大生產廠商為 Leer CD company，從1990年開始研發(fā)。1995年成功量產生化柴油，年產量超過10 萬公噸/年。所開發(fā)的 Leer CD Process 為高效率、自動控制、連續(xù)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(fā)展經驗23 少數以廢食用油為原料商業(yè)生產的國家 (1) 染谷商店、環(huán)

11、境生協(xié)、RON FORD、AGIGA 四家生 產。 (2) 產量共計 23萬公噸/年。 先前售價80日圓，石化柴油在市場售價為85日圓，有價 格上的競爭力。 染谷商店自1993 年開始研發(fā)，年產量1萬公噸，為最大生 產廠商。 小型模組化觀念Ester Body (1) 餐廳、社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)自行處理廢食用油生產替代燃油。 (2) 開發(fā)小型化、自動化、價格合理的生化柴油生產器。生化柴油在日本的發(fā)展經驗24六、生質能源作物對環(huán)境之貢獻 密閉型的碳循環(huán)(Carbon cycle)，永續(xù)運用，不會增加CO2含量，生產暨消費生質柴油對CO2以及全球溫室效應貢獻量趨近於零。大氣中CO2燃燒生質柴油時，引擎排放C

12、O2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CO225生質能源作物對環(huán)境之貢獻(續(xù))可維持耕地環(huán)境，殘株犁入土內，保持有機質達到地力之維持及永續(xù)利用。解決休耕農地問題。美化農村景觀，及創(chuàng)造休閒旅遊產業(yè)。增加農民就業(yè)機會及促進社會發(fā)展。水旱田輪流栽培作物可有效利用地力。栽培旱作作物可以節(jié)省灌溉水，解決部分稻田缺水問題。26車輛排出的污染物對人體的影響污染物(Particulate) 污染物吸進人體後會激肺部系統(tǒng)，長期吸入會造成慢性呼吸系統(tǒng)疾病。一氧化碳(CO) 主要是會低血液運送氧氣的能力，因為血液中的血紅素與CO的親和大於氧氣，所以當空氣中的CO 濃高時，血紅素會和CO

13、結合為一氧化碳血紅素，而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，使血液中的含氧低，會影響心臟血管系統(tǒng)和中樞經系統(tǒng)，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。27車輛排出的污染物對人體的影響(續(xù)) 碳氫化合物(HC) 碳氫化合物濃低時會對人體呼吸系統(tǒng)產生激；較高的濃 則可能對中樞經系統(tǒng)產生影響，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、 煙霧，造成人體眼睛適、咳嗽和胸部適等影響。 氮氧化物(NOx) 一氧化氮和血紅素的結合能非常強，與血紅素結合後變成暗 褐色，使血紅素運送氧氣的功能大為低，呼吸機能大受影響 ，造成人體缺氧和中樞經機能減退。 2

14、8車輛排出的污染物對人體的影響(續(xù)) 氧化物 (SOX) 柴油所排放的廢氣含有二氧化，二氧化會對人體的 影響主要是激呼吸系統(tǒng)為主，對眼睛、喉嚨和上呼吸到 影響最大。 臭味 輛排放物之臭味，使人噁心、喉痛、咳嗽、影響 睡眠、激眼睛和鼻子等影響。29 資料來源: (US EPA，2002)Basic emission correlations. 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。30七、小結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，才能大幅提升其使用量及影響程面。使用生質柴油不僅可以降低化石的使用，更可以降低排放廢氣中各種污染物的產生，可以說是對人類更潔淨及永續(xù)，與對環(huán)境更友善的綠色能源。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(fā)再生能源如生質柴油，在達成減少進口能源與創(chuàng)造非核家園的願景目標上，