特別報導 (1)提供低硫燃料 (2)提供廉價能源(於某些條件下) (3)將有機物轉化成燃料可減少環境污染(如垃圾燃料) (4)與其他非傳統性能源相比較技術上的難題較少等能源作物之種類與用途能源作物具備之特性包括(1)生長快生產力高生育期間圖2 生質能源轉化與利用圖短 (2)環境

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龄吉
7 years ago
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1 別報導行政院農業委員會農業試驗所林俊義國際推動生質能源作物之展望序言能源危機廢氣污染及替代能源工業革命以來, 科技突飛猛進其中, 能源危機 : 目前地球能源主要來自石油石油的發現提供了廉價的燃油, 加速工業快 (35%) 天然氣(21.2%) 鈾礦核能(6.9%) 及煤速升級與人類物質生活大幅提昇 ; 更造就了礦 (23.4%) 及再生能源 (13.5%) 等石油的蘊藏交通便捷與縮短了世界的距離然而蘊藏有量 (11,477 億桶 ), 依據預估將在 40 年內開採用限之原油終有開採枯竭的一天, 尤其每天全盡, 其他能源包括天然氣鈾礦煤礦之可球要消耗 8 千多萬桶的化石原料, 原油耗盡開採年限則分別為 65 年 51 年及 190 年由於日期指日可待人類在面臨能源日漸匱乏之石油主要分布於中東地區 ( 圖 1), 因此, 西元隱憂下, 急需尋求替代能源此外, 化石業 1973 年以阿戰爭, 便造成第一次世界石油短之發達對生態環境亦帶來相當大的衝擊, 燃缺 ;1980 年兩伊戰爭, 則導致第二次石油危燒化石原料大量排放廢氣, 造成全球溫室效機 ; 而美國 911 事件與美伊戰爭均使石油價格應與地球大氣臭氧層破裂為維護地球的永大幅上揚石油原油價格節節高升, 最近更續發展, 聯合國氣候變化綱要公約締約國在曾高漲至每桶 70 美元以上, 所以世界各國無 1997 年擬定京都議定書 (Kyoto Protocol), 不竭盡全力, 設法提高能源的使用效率, 或以求降低與改善化石燃料造成的嚴重公害污積極開發可以替代石油的其他能源, 而生質染問題本文將介紹國際間能源作物種類及能源為其中重要項目之一推動能源之現況廢氣污染與京都議定書 : 工業革命後地球大氣中二氧化碳的濃度由 1880 年之 290ppm 上升至 2004 年的 380ppm, 此與每天全球要消耗 8 千多萬桶的化石原料有密切關係緣此, 燃燒化石原料的後果是導致全球溫室效應與地球大氣臭氧層破裂, 嚴重破壞地球生態環境為維護地球之永續經營, 聯合國氣候變化綱要公約 (UN-FCCC) 遞約國, 於 1997 年在日本京都召開第三次締約國大會時擬定, 會中同意要控制造成溫室效應全球暖化的人為氣體加以管制, 以降低其公害污染京都議定書所列入管制的氣體有二氧化碳甲烷氧化亞氮氬氟氯碳化圖 1 世界原油分布圖物全氟碳化物及六氟化硫等六種燃燒排放林業研究專訊 Vol.14 No 特

2 特別報導 (1)提供低硫燃料 (2)提供廉價能源(於某些條件下) (3)將有機物轉化成燃料可減少環境污染(如垃圾燃料) (4)與其他非傳統性能源相比較技術上的難題較少等能源作物之種類與用途能源作物具備之特性包括(1)生長快生產力高生育期間圖2 生質能源轉化與利用圖短 (2)環境適應性廣容易栽培 (3)高生質量與轉化能源效率高 (4)生產成本低搬運廢氣管制的第一階段目標是在2008年到容易目前能源作物含括四大類 2012年之間受管制的六種氣體的總排放量 1. 柴薪作物植體主要做為固體燃料如中平均值要比1990年減少5.2% 而我國現今國蘆葦(Miscanthus sinensis) 其特點為(1) 溫室氣體排放量達全球百分之一排名世界生長迅速一季可生長達3公尺 (2)氣候第22位在1990年我國每人每年CO2之排放量適應性廣 (3)含水量低約20~30% 可燃為5.6萬噸增至2005年之12萬噸恐列入國燒完全 (4)產量高每公頃年產44噸際黑名單 (5)管理成本低廉可採收多年 2. 油料作物主要包括油菜向日葵及大生質能源與能源作物生質能源為一種極具開發潛力之再生能豆(Glycine max)為例其種子含油率約源泛指由生物所產生之有機物質包括 23% 生育期短僅3~4個月是十分具沼氣稻殼有機污泥等農業畜牧業工潛力的能源作物業都市廢棄物以及能源作物等經過焚 3. 纖維澱粉類及糖料作物澱粉類作物包化氣化裂解發酵等技術轉換成燃油括玉米甘藷及樹薯等糖料作物則為甜燃氣及電力等可用之能源(圖2) 由於其兼具高梁與甘蔗這些作物透過發酵過程可能源與環保雙重貢獻是國際公認最廣泛使製成乙醇(酒精) 供作燃料或與汽油混合用的再生能源約佔世界所有再生能源應用後提供汽車使用而纖維物質如稻桿的三分之二估計未來台灣地區之應用潛力 (殼) 蔗渣(莖葉) 林木廢棄物及廢木屑可達33億公升(3.3百萬公秉)油當量佔再生 (塊)亦可提供製造酒精以甘藷(Ipomoea 能源總潛力的45~52% batatas)為例其產量高每公頃可達能源作物係指可利用作物生生不息的能 43~49噸澱粉含量最高達23% 生育日量生產方式將太陽能經光合作用轉化成植數短僅150天風土適應性廣十分適物之化學能(燃料之熱能) 此種能量之轉化可宜作為能源作物在常溫常壓下進行是一種極具希望與效率的能源生產方法此種能源具備下列優點 36 豆採收後經酯化製成生質柴油以大林業研究專訊 Vol.14 No 藻類作物利用其光合作用分解製氫供作氣體燃料或提煉油脂

3 特別報導國際生質能源與能源作物之開發現況國外能源作物種類眾多主要以生產生質酒精(bio-ethanol)及生產生物柴油(bio-diesel)兩類為主(圖3) (1)生產酒精糖料及澱粉類作物 (如甘蔗甜高梁甜菜甘藷玉米及穀類等)經發酵生產酒精 (2)生產生物柴油高油份含量植物 (包括大豆向日葵花生油菜籽棉花籽胡麻亞麻蓖麻橄欖油棕椰子油桐等) 其抽出之油份經轉酯化圖3 國際發展生質能源生質酒精生質柴油之趨勢反應(transesterification)程序製成燃油可提精對一般金屬容器具有腐蝕性因此供作為燃料油以替代柴油而其副產物(甘必須採用不銹鋼製燃料系統設備又油)則具有各種商業用途如化粧品醫療用因酒精為易燃品車上須設防火系品牙膏以及止咳糖漿等等統所以車輛的結構較複雜致使製生質酒精或酒精汽油(gasohol) 造成本提高而其運輸成本高保險費亦高酒精汽車之使用方法利用富含澱粉與 (2) 基礎設備成本高須設個別的專屬加糖料之植物來生產酒精其方式有二一為油系統設備以及特殊儲存槽與洩漏測以無水酒精方式添加至汽油中使用稱為乙器室內儲存必須裝設加強通風設醇汽油通常在酒精含量 10%狀態下可不備在加油區須設自動防火設施所修改引擎即可利用另一方式為開發酒精汽有加油修護以及油料儲存區的電路車利用20%~25%以上乙醇汽油甚至可使有關設備必須為防爆型設施用含水酒精酒精汽車之優缺點汽車使用乙醇汽油之優點為可降低一氧化碳(CO)排放量20~30% (3) 安全性低乙醇蒸氣比空氣重閃火點(flash point)較低燃燒時其火焰係無色不易查看予以防範及降低二氧化碳(CO 2)排放量25%左右同時巴西是目前為全世界利用酒精能源最還可減少鉛化合物碳氫化合物及氮氧化合有名的國家(表1) 也是目前世界上最多使物等有害物質的排放量目前使用酒精為替用乙醇汽油作為汽車燃料的國家更是代能源仍有其缺點尚待克服包括世界上最早通過立法手段強制推廣乙醇汽 (1) 使用於車輛之成本甚高其主要因素油的國家該國主要利用甘蔗取其糖份乃是由於車上須增設數個儲存槽且來製造酒精早在1931年就規定所有的汽燃料槽成本高另需配備特殊引擎油都必須添加2~5%的無水酒精 1966年提高又因生產量少而價格甚高此外酒到10% 1981年提高到20% 1993年提高到林業研究專訊 Vol.14 No

4 特別報38 導表 1 國際上使用酒精汽油現況國家酒精汽油規格 2004 酒精年產量 ( 萬公秉 ) 生質原料備註美國 E10, E 玉米 2004 年 17 州實施潔淨能源法案巴西 E22, E 甘蔗 1975 年頒布國家酒精計畫中國 E 穀類甘蔗紙漿 - 歐盟 E5 190 小麥燕麥甜菜 2004 年實施酒精市場法規泰國 E5 28 木薯甘蔗稻米 2007 年推行 E10 酒精汽油日本 E3, E10 12 廢木料 1983 年實施燃料酒精計畫 2004 年自巴西進口 14.9 萬公秉酒精 * 根據澳洲汽車公會指出多數知名廠牌之車輛引擎均可直接使用 E10 酒精汽油 ; E85 酒精汽油需使用雙燃料引擎系統之車輛 (FFV) ( 核能所 ) 22%,2002 年將上限提高到 25% 該國於 1973 大眾通用和飛雅特公司都在年開始推動酒精燃料計畫, 於 1975 年開始生產酒精, 初期以 20% 之體積比率添加於汽油中 ;1979 年酒精汽車問世, 以含水酒精為燃料,1984 年酒精汽車佔 94.4% 1991 年再次頒佈有關法令, 規定在全國所有加油站的汽油中必須添加 20~24% 的無水酒精並規劃將來朝向全面以酒精作為汽油的替代能源之目標邁進 1995~1996 年間巴西全國酒精生產量為 126 億公升,76% 為含水酒精 ( 濃度 95%), 24% 為無水酒精, 其中之 97~98% 用做汽車燃料, 其餘使用在工業上爾後, 油價下跌及糖價上升, 在 1997 年酒精汽車產量因而跌至谷底, 其比例僅為 0.06% 2000 年時, 酒精汽車銷售量僅佔巴西全國汽車銷售總量的 0.69 %, 而 2003 年時, 酒精汽車之銷售量則攀昇為 6.9%, 約達 8 萬輛 2003 年 3 月, 福特汽車公司巴西分公司推出首輛汽油酒精雙燃料車, 既可單獨使用汽油或酒精, 亦可使用任意比例的汽油和酒精混合燃料, 此類汽車的功率價格與同類型普通汽車相當,2004 年銷售總量達 25 萬輛以上此外, 巴西的林業研究專訊 Vol.14 No 年推出可以使用任何比率酒精與汽油混合燃料的汽車如今巴西的汽車無須任何改動就可以使用添加 10% 無水酒精的乙醇汽油, 同樣多的乙醇汽油可以多跑 4~5% 的路程巴西汽車使用乙醇汽油除了減少環境污染外, 尚可促進農業生產, 增加就業機會, 經統計約增加 100 萬個直接就業機會和 50 萬個間接就業機會, 其中有 62 萬人種植甘蔗, 共節省了 465 億美元進口石油因而使巴西的甘蔗種植酒精生產和酒精利用技術, 在世界上居於領先地位,2006 年乙醇總產量為 160 億公升, 本國消費約 135 億公升, 其餘外銷然近年來, 巴國因製糖 ( 轉化為酒精 ) 原料 ( 甘蔗 ) 短缺, 目前正加速進行利用甜高粱生產酒精的開發研究美國為生產乙醇之二大國, 於 1978 年頒佈能源發展法案, 預定生產 230~3200 萬公升 (60~480 萬加侖 ) 的酒精燃料美國能源部預計以玉米及甜高粱為生產能源之主要原料, 生產酒精燃料 ; 同時, 為推動使用酒精來代替汽油, 並訂定許多優惠稅法此外, 2003 年美國國會亦已立法要求在未來 10 年

5 侖 ) 的玉米乙醇, 至 2012 年達 75 億加崙歐盟於 1993 年大力推動乙醇汽油計畫, 要求成員國在汽油燃料中添加 5% 酒精英國德國法國義大利等主要歐盟國家都制訂了相應的替代能源計劃, 以甜高梁及穀類作物生產酒精能源歐洲其他國家, 如奧地利則利用過剩之小麥自行釀製酒精在澳洲方面, 澳大利亞利用甘蔗小麥及玉米等作物生產能源, 或由木材加工副產品等原料釀製酒精在紐西蘭方面, 利用甜菜玉米製造能源, 種植面積預計每年可達 70~130 萬公頃在亞洲方面, 泰國利用生產過剩之植物原料, 包括樹薯玉米高粱甘蔗糖蜜及米等製造酒精菲律賓則以甘蔗為原料生產酒精, 該國並已將椰子油與柴油混合成為椰子柴油 (cocodiesel), 供軍方車輛使用除上述諸國外, 南非蘇丹肯亞多明尼加及牙買加等國, 亦積極地發展生產酒精之生質能源生物柴油 ( 圖 4) 生物柴油之特色 : 主要是將動植物油脂經由轉酯化反應生成甲基酯 (methyl ester) 如將 100 公斤之植物油與 10 公斤之甲醇 ( 或乙醇 ) 混合, 以氫氧化鈉或甲醇鈉 (sodium methoxide) 做為觸媒 ( 鹼或酸劑 ), 大約於 63 混合攪拌予以交酯化反應 2 小時, 即可得到 100 公斤生物柴油及 10 公斤之甘油其特色為 :(1) 十六烷值 (cetane number) 較高 (2) 無毒性可再生 (renewable), 而且生化可分解 (biodegradable) 性良好, 可避免污染空氣, 特別報, 每年在汽油中至少添加 190 億公升 (50 億加導中林業研究專訊 Vol.14 No 因此對人類健康與生態環保性均甚良好 (3) 閃火點高, 為 118 ( 化石柴油為 52 ), 因此安全性佳, 可以任何比例與化石油混合 (4) 不含芳香族烴類成份, 不具致癌性 ; 此外, 亦不含硫鉛鹵素等有害物質 (5) 運轉效率與化石柴油類相同, 而無不及 (6) 不需修改柴油引擎, 可直接添加使用 ; 同時加油站無需另增設加油設備儲存設備保養設備, 以及人員的特殊技術訓練等 (7) 可做為添加劑促進燃燒效果, 而其本身亦為燃料, 因而具有雙重效果 (8) 為密閉型的碳循環 (carbon cycle), 可永續運用, 並改善柴油引擎排放廢氣的品質其排放廢氣中之黑煙碳氫化物微粒子以及一氧化碳量甚少, 有利生態環保 ( 包括人身健康溫室效應等 ) (9) 可替代部份化石柴油, 節省石油進口量及外匯, 自行設廠生產又可增加就業機會, 並可以回收食用油做為原料, 以利廢棄油脂的資源再利用化, 一舉數得 (10) 目前生物柴油業經美國食品藥物管理局 (FDA) 及美國環保署 (EPA) 認可, 為清潔環保新替代燃料或燃料添加劑, 是未來替代燃料之主流歐盟為最早大力生產與使用生物柴油的區域, 在 1994 年已生產 22 萬多公噸生物柴圖 4 大豆原油轉換生物柴油產品

6 特別報40 導* 酸價氫氧化鈉廢食 * 碘價甲醇用油 * 含水量 60 o C 甲基酯 30min ( 生質柴油 ) 加熱器靜置分離 10 min 圖 5 廢食用油轉化為高級柴油之過程年可達 1000 萬公噸林業研究專訊 Vol.14 No 甲基酯 ( 生質柴油 ) 靜置分離 30min 油, 以義大利, 法國德國為主到 1997 年時, 生產 58 萬公噸,2004 年達 214 公噸,2010 法國將 150 萬公頃之食用農場用地轉作油菜, 其生產之生物柴油可替代該國 5% 化石柴油, 提供公車卡車及發電廠使用義大利則從 1991 年起, 有 19 個都市的公車開始使用生物柴油, 已進行 52 萬公里的運轉而德國於 1996 年時, 全國已設有 500 個生物柴油加油站, 可全面供應, 其消費已達 8,000 公噸, 2005 年有 1500 個加油站在奧地利, 生物柴油則用於農業及林業設施, 以及湖泊與河川的休閒遊艇歐盟並於 1996 年在奧地利首都維也納召開第二屆歐洲生化燃料 ( 包括生化柴油生化酒精天然氣等 ) 研討會, 計有 29 個國家 400 多位專家參與討論, 並提議歐盟各國擴大利用休耕地, 以增產菜籽油供為製油原料, 到 2005 年要達成 5% 市場佔有率的目標美國主要以大豆油生產生物柴油,1992 年生產量為 136,000 公升,1999 年遽增為 23 百萬公升 / 年, 主要供州政府的公車與卡車使用 ;2002 年生產量達 30 百萬公升美國在 1970 年認可第一個聯邦清潔空氣措施, 制定油煙廢氣排放標準 1980 年代, 訂定國家能源政策, 以促進生產可再生兼可生物分解的資源為目標 1992 年, 頒佈能源政策條例措施法案 (EPACT, Energy Policy Act), 規定政府機關必須購置可採用替代燃油的車輛, 並且設立專款購置市區公車與校車, 並大力宣導生物柴油等替代燃油的優點 1993 年規定所有行駛高速公路之柴油車輛 ( 約需 760 億公升燃油 ) 必須採用清潔的燃油 (clean diesel), 規定硫含量應在 0.05% 以下, 十六烷值最少為 40 然而,1993 年時之生物柴油價格約為 7.6~9.5 美元 / 公升, 遠比 2.5~2.65 美元 / 公升的化石柴油為昂貴, 致無法吸引消費者使用 1995 年美國能源部 (U.S. DOE) 正式公佈清潔生物柴油為替代燃油 ; 至 2004 年通過生物柴油減稅優惠案, 消費稅的優惠額為每加 1% 替代燃油, 優惠一美分 (one penny) 目前 2005 年, 全美國有 400 個以上的車隊使用替代燃油, 大約有 200 個加油站供應此種清潔替代燃油, 而有 1000 個以上的石油經銷商在全美國各地均予銷售目前, 全世界的生物柴油年產量已超過 250 萬噸以上 ( 圖 5), 其中歐洲佔 80% 以上, 而德國是生質柴油發展最先進的國家, 產能超過 110 萬公噸 / 年綜合言之, 歐洲地區主要以菜籽油為能源原料, 而美國地區以大豆油為原料, 日本則以廢食用油為原料, 轉製成生質柴油, 分別供都會地區之公共汽車計程車或是環境敏感地區 ( 例如國家公園 ) 的交通運輸工具使用

中國的煤

中國的煤課內活動及課後練習的建議答案課內活動討論區 ( 3 頁 ) 1 2 網上追蹤 ( 5 頁 ) 2008 年末世界各地煤的蘊藏量地區蘊藏量 ( 百萬公噸 ) 佔全球的百分比 097 29.8% 15 00 1.8% 272 33.0% 1 38 0.2% 32 013 3.9% 259 253 114 500 31.4% 13.9% 82 001 100.0% 272.2.1 15.0 32.0