生質(zhì)柴油Ι-原理課件

1、(II) 生質(zhì)柴油-原理與特性授課老師: 陳奕宏國(guó)立臺(tái)北科技大學(xué) 化學(xué)工程與生物科技系97 年 10 月 16 日1一、前言二、何謂生質(zhì)柴油三、生質(zhì)柴油之特性四、臺(tái)灣發(fā)展生質(zhì)柴油的現(xiàn)況五、國(guó)際生質(zhì)柴油的發(fā)展現(xiàn)況六、生質(zhì)柴油作物對(duì)環(huán)境之貢獻(xiàn)七、小結(jié)內(nèi)容大綱2一、前言隨著人口增長(zhǎng)與科技的進(jìn)步，不論是生活或工業(yè)方面對(duì)燃料的需求量都越來(lái)越大。雖然石油的消耗量可以衡量一個(gè)國(guó)家繁榮的程度，但根據(jù)專(zhuān)家的推斷，目前全球石油蘊(yùn)藏量大概僅能再開(kāi)採(cǎi)四十年或更少。近年來(lái)石油價(jià)格節(jié)節(jié)上升即為明顯的例子。 為避免能源危機(jī)，各國(guó)的研究學(xué)者紛紛積極投入新能源的開(kāi)發(fā)，盼能開(kāi)發(fā)出新的無(wú)污染且價(jià)格低廉之能源。從下表可發(fā)現(xiàn)生質(zhì)柴油為

2、目前最為適合用來(lái)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(píng)價(jià)表資料來(lái)源：(李宗育，2005) 4二、何謂生質(zhì)柴油生質(zhì)柴油(biodiesel)係利用各種植物油脂或動(dòng)物油脂做為生產(chǎn)原料，諸如大豆油(黃豆油)、玉米油、棕櫚油等，通常是配合醇類(lèi)(甲醇、乙醇)經(jīng)轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)(Transesterification Reaction)可生成直鏈酯類(lèi)以製造生質(zhì)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(zhì)柴油生產(chǎn)流程榨油製程油菜籽 秋季播種次年5月開(kāi)花同年7月收成 採(cǎi)根莖葉與 種子分別收穫副產(chǎn)品：豆渣飼料純淨(jìng)之油菜籽油酯化為生質(zhì)柴油桶槽儲(chǔ)存載運(yùn)出貨生質(zhì)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(zhì)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(zhì)柴油之特性生質(zhì)柴油為長(zhǎng)鏈脂肪酸單烷基

4、酯，是從可再生的脂質(zhì)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(jī)器設(shè)備上，亦可儲(chǔ)存於任何的儲(chǔ)油設(shè)備中，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程比石化柴油安全且較揮發(fā)。9生質(zhì)柴油僅能直接的當(dāng)作燃燃燒使用，亦可與石化柴油混合調(diào)配使用： (1) B100: 100%生質(zhì)柴油。 (2) B20: 20%生質(zhì)柴油添加至傳統(tǒng)柴油中。 (3) B2: 2%生質(zhì)柴油添加至傳統(tǒng)柴油中。生質(zhì)柴油之特性(續(xù))10將混合(20%)生質(zhì)柴油之石化柴油與未混合生質(zhì)柴油的石柴油相比較，其比較結(jié)果在下表。 比較結(jié)果明顯可得知，B20生質(zhì)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(zhì)柴油都比石 化柴油佳。 資料

5、來(lái)源：(李宗育，2005)代表特性#2石化柴油生質(zhì)柴油閃火點(diǎn)(Flash point)52118硫含量%0.050.01十六烷值(Cetane number)4250潤(rùn)滑性gr.min.2,5006,000生質(zhì)柴油之特性(續(xù))11生質(zhì)柴油之優(yōu)缺點(diǎn)12生質(zhì)柴油之優(yōu)缺點(diǎn)(續(xù)) 冷濾點(diǎn)(Cold filter plugging point ，CFPP)： 柴油通過(guò)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)時(shí)能造成濾網(wǎng)堵塞的最高溫度， 通常為生質(zhì)柴油的缺點(diǎn)之一。 十六烷值較高，且污染性低。 無(wú)毒性可再生(Renewable)，且具生物可分解性(Biodegradable) (為優(yōu)點(diǎn)亦為缺點(diǎn)) 。 不含芳香族烴類(lèi)成份而不具致癌

6、性，並不含硫、鉛、鹵素等有害物質(zhì)。 減少黑煙、碳?xì)浠铩⑽⒘Ｗ右约癈O2排放量。 可替代部份能源，節(jié)省石油進(jìn)口量及外匯。 自行設(shè)廠生產(chǎn)又可增加就業(yè)機(jī)會(huì)，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(shù)得。13CFPP is a problem for B100 biodiesel資料來(lái)源：(/biomass/pdfs/36182.pdf)14臺(tái)灣使用生質(zhì)柴油的優(yōu)點(diǎn)符合世界潮流，配合京都議定書(shū)消減CO2計(jì)畫(huà)，為臺(tái)灣永續(xù)發(fā)展建立良好的基礎(chǔ)。減少環(huán)境破壞，節(jié)省環(huán)境資源。發(fā)展生質(zhì)柴油可增加臺(tái)灣能源自給率，舒緩臺(tái)灣原油進(jìn)口問(wèn)題。降低農(nóng)業(yè)用地休耕率，增加造景環(huán)境供生態(tài)旅遊及教學(xué)，增加農(nóng)業(yè)人口的工作

7、機(jī)會(huì)。結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及農(nóng)場(chǎng)栽培管理，以利日後轉(zhuǎn)化為再生能源之原料生產(chǎn)基地。 產(chǎn)生具有市場(chǎng)價(jià)格之副產(chǎn)品(甘油、固肥等)。15四、臺(tái)灣發(fā)展的生質(zhì)柴油的現(xiàn)況國(guó)內(nèi)柴油目前約有600萬(wàn)噸年消費(fèi)量，其中有370萬(wàn)噸供柴油汽車(chē)使用。嘉義縣民雄工業(yè)區(qū)於93年10月初舉行全國(guó)首座生質(zhì)柴油示範(fàn)廠之啟用典禮，此座示範(fàn)廠每年生質(zhì)柴油最大產(chǎn)量約3,000公噸，主要以廢食用油作為原料，產(chǎn)品可提供一般柴油車(chē)輛及農(nóng)機(jī)具使用。16目前臺(tái)灣已有多家廠商取得製造與販?zhǔn)墼S可。生質(zhì)柴油的開(kāi)發(fā)需循序漸進(jìn)，初期發(fā)展階段的供給貢獻(xiàn)度必然較小，而在隨著政策的配合、科技進(jìn)展、及應(yīng)用增加導(dǎo)致的成本下降，生質(zhì)柴油在五至十年後將逐步明顯增加其供給量

8、，預(yù)期十至二十年後將逐漸轉(zhuǎn)變成重要能源之一 。國(guó)內(nèi)的生質(zhì)柴油的現(xiàn)況(續(xù))17先前執(zhí)行與配合的相關(guān)單位環(huán)保署 (1) 93底開(kāi)始補(bǔ)助13個(gè)縣市進(jìn)道試，輛總數(shù) 780輛以上。 (2) 使用生質(zhì)柴油約1300公秉。農(nóng)委會(huì) (1) 進(jìn)能源作物生產(chǎn)體系及環(huán)境效評(píng)估：94擇定宜 三星、雲(yún)古坑、臺(tái)南學(xué)甲共90公頃休耕地種植 能源作物。 (2) 95耕地面積擴(kuò)大為2000公頃。18環(huán)保署推動(dòng)生質(zhì)柴油道路試行計(jì)畫(huà)資料來(lái)源：(莊國(guó)立，2007)19經(jīng)濟(jì)部 (1) 90施酒汽油與生質(zhì)柴油及廢棄物回收產(chǎn)生石 油等再生能源生產(chǎn)業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)管辦法。 (2) 9410月召開(kāi)研商推動(dòng)生質(zhì)柴油具體動(dòng)方案(草 案)會(huì)議，規(guī)劃建跨部會(huì)之

9、生質(zhì)柴油產(chǎn)銷(xiāo)合作機(jī) 制。 (3) 97年7月15日起臺(tái)灣本島銷(xiāo)售B1生質(zhì)柴油。先前執(zhí)行與配合的相關(guān)單位(續(xù))20五、國(guó)際生質(zhì)柴油的發(fā)展現(xiàn)況目前生質(zhì)柴油全世界年產(chǎn)量已超過(guò)250萬(wàn)噸，其中歐洲占80%以上，德國(guó)是生質(zhì)柴油發(fā)展最成功的國(guó)家，產(chǎn)能超過(guò)110萬(wàn)噸/年。歐洲主要以菜籽油為原料，美國(guó)以大豆油為主。日本則有用廢食用油為原料，轉(zhuǎn)製成生質(zhì)柴油，分別於都會(huì)區(qū)之公車(chē)、計(jì)程車(chē)或是環(huán)境敏感地區(qū)如國(guó)家公園的交通運(yùn)輸工具上推廣應(yīng)用。國(guó)際生化柴油開(kāi)發(fā)現(xiàn)況21資料來(lái)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(kāi)始發(fā)展近幾年德國(guó)生化柴油市場(chǎng)以30%的幅度持續(xù)成長(zhǎng)，在德國(guó)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(guó)家之一。最大生產(chǎn)廠商為 Leer CD company，從1990年開(kāi)始研發(fā)。1995年成功量產(chǎn)生化柴油，年產(chǎn)量超過(guò)10 萬(wàn)公噸/年。所開(kāi)發(fā)的 Leer CD Process 為高效率、自動(dòng)控制、連續(xù)式利用鹼製程來(lái)生產(chǎn)，原料為新鮮的油菜仔油。生化柴油在德國(guó)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)23 少數(shù)以廢食用油為原料商業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家 (1) 染谷商店、環(huán)

11、境生協(xié)、RON FORD、AGIGA 四家生 產(chǎn)。 (2) 產(chǎn)量共計(jì) 23萬(wàn)公噸/年。 先前售價(jià)80日?qǐng)A，石化柴油在市場(chǎng)售價(jià)為85日?qǐng)A，有價(jià) 格上的競(jìng)爭(zhēng)力。 染谷商店自1993 年開(kāi)始研發(fā)，年產(chǎn)量1萬(wàn)公噸，為最大生 產(chǎn)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(chǎn)替代燃油。 (2) 開(kāi)發(fā)小型化、自動(dòng)化、價(jià)格合理的生化柴油生產(chǎn)器。生化柴油在日本的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)24六、生質(zhì)能源作物對(duì)環(huán)境之貢獻(xiàn) 密閉型的碳循環(huán)(Carbon cycle)，永續(xù)運(yùn)用，不會(huì)增加CO2含量，生產(chǎn)暨消費(fèi)生質(zhì)柴油對(duì)CO2以及全球溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)量趨近於零。大氣中CO2燃燒生質(zhì)柴油時(shí)，引擎排放C

12、O2生質(zhì)柴油自植物油提煉製造植物經(jīng)光合作用吸收CO2油菜籽生成植物油CO225生質(zhì)能源作物對(duì)環(huán)境之貢獻(xiàn)(續(xù))可維持耕地環(huán)境，殘株犁入土內(nèi)，保持有機(jī)質(zhì)達(dá)到地力之維持及永續(xù)利用。解決休耕農(nóng)地問(wèn)題。美化農(nóng)村景觀，及創(chuàng)造休閒旅遊產(chǎn)業(yè)。增加農(nóng)民就業(yè)機(jī)會(huì)及促進(jìn)社會(huì)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(wèn)題。26車(chē)輛排出的污染物對(duì)人體的影響污染物(Particulate) 污染物吸進(jìn)人體後會(huì)激肺部系統(tǒng)，長(zhǎng)期吸入會(huì)造成慢性呼吸系統(tǒng)疾病。一氧化碳(CO) 主要是會(huì)低血液運(yùn)送氧氣的能力，因?yàn)檠褐械难t素與CO的親和大於氧氣，所以當(dāng)空氣中的CO 濃高時(shí)，血紅素會(huì)和CO

13、結(jié)合為一氧化碳血紅素，而與氧結(jié)合成氧血紅素，一氧化碳血紅素會(huì)影響血液運(yùn)送氧氣的能，使血液中的含氧低，會(huì)影響心臟血管系統(tǒng)和中樞經(jīng)系統(tǒng)，使心血管疾病加重化，經(jīng)及肺部亦會(huì)受到影響，運(yùn)動(dòng)功能受損。27車(chē)輛排出的污染物對(duì)人體的影響(續(xù)) 碳?xì)浠衔?HC) 碳?xì)浠衔餄獾蜁r(shí)會(huì)對(duì)人體呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生激；較高的濃 則可能對(duì)中樞經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，會(huì)致癌。 碳?xì)浠衔飼?huì)和氮氧化物產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)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(jié)合能非常強(qiáng)，與血紅素結(jié)合後變成暗 褐色，使血紅素運(yùn)送氧氣的功能大為低，呼吸機(jī)能大受影響 ，造成人體缺氧和中樞經(jīng)機(jī)能減退。 2

14、8車(chē)輛排出的污染物對(duì)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(huì)對(duì)人體的 影響主要是激呼吸系統(tǒng)為主，對(duì)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(lái)源: (US EPA，2002)Basic emission correlations. 使用迴歸方程式所繪製的不同生質(zhì)柴油添加比例，其 污染物的變化量。30七、小結(jié)生質(zhì)柴油的運(yùn)用與推廣，能減緩能源缺乏的危機(jī)，但除了需 要政府的推動(dòng)之外，更需全民建立共識(shí)並配合，才能大幅提升其使用量及影響程面。使用生質(zhì)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(chǎn)生，可以說(shuō)是對(duì)人類(lèi)更潔淨(jìng)及永續(xù)，與對(duì)環(huán)境更友善的綠色能源。在因應(yīng)全球氣候變遷綱要公約上二氧化碳的減量為趨勢(shì)潮流，如能積極開(kāi)發(fā)再生能源如生質(zhì)柴油，在達(dá)成減少進(jìn)口能源與創(chuàng)造非核家園的願(yuàn)景目標(biāo)上，