生質柴油的冰與火之歌

 
2017/01/12 袁明豪 | 中國醫藥大學職業安全與衛生學系
陳奕宏 | 國立台北科技大學化學工程與生物科技系     798
 
生質柴油成為受矚目的新發展,學術界大多認為使用生質燃料能有助於減少傳統燃料的使用。但是,生質柴油在低溫環境下較傳統柴油容易凝固,成了應用推廣上的一大缺陷,如何使生質柴油能夠抗凍,又不增加太多生產成本與碳足跡,就成了生質柴油的冰與火之歌,必須取得平衡。
 
絕大多數的生質柴油原料多從油脂作物提煉的植物油而來,冷流性質(Cold-flow properties)都比傳統柴油差。不論傳統柴油或生質柴油,當油品所處環境溫度降低到某一程度時,原本溶於油品中某些高熔點的成份,如長碳鏈飽和脂肪酸甲脂,會產生過飽和(Supersaturated)狀態,油品即成過飽和溶液,溶液中於是產生細微的晶核(Nuclei),並且開始晶體增長。當晶核繼續成長到可見程度,稱為雲化(Cloud),此時油品會有像添加起雲劑般的混濁狀態,初出現該結晶的最高溫度即稱為雲點(cloud point, CP) 。
 
當環境溫度持續下降至冷濾點(Cold filter plugging point, CFPP)時,結晶固體已經增長到能堵塞濾網,影響生質柴油流動性。由於低於這個溫度會影響油品由油箱輸送到引擎,所以CFPP為全球評估生質柴油冷流性質之主要指標。低溫過濾測試(low temp filterability test, LTFT)為北美常用的冷流性質指標,測試目的與CFPP相似,是量測固體結晶物阻塞引擎濾網的最高溫度。當溫度持續降低到達傾點或流動點(pour point, PP)時,油品已經呈現無法流動的膠狀。
 
在臺灣,生質柴油產業主要使用的料源是廢食用油,所產製的生質柴油CFPP較高。為使廢食用油生質柴油的冷流性質符合CNS 15072規範,臺灣常見的方法為進口並摻合大豆油生質柴油,以降低混合後生質柴油的飽和脂肪酸甲酯含量。
 
除了直接添加或摻合冷流性質較佳的原料或生質柴油外,其他提升生質柴油抗凍性的方法包括:蒸餾法或冬化法(Winterization)降低飽和脂肪酸甲酯含量、添加能干擾結晶或晶核成長的凝固點抑制劑(PP depressant)與蠟結晶改良劑(Wax crystalline modifier)、或生質柴油製程改良等。
 
雖然現行有許多方法可以改善生質柴油的冷流性質。然而,使用這些抗凍方法都可能造成生產成本與碳足跡的增加,降低其市場接受度,也削減使用生質柴油的減碳效益。因此,考量國家對再生能源的戰略目標,各國生質柴油冷流性質規範除了依照氣候環境而定,也考量料源可取得性、實際摻合比例等因素。如美國與日本為採取買賣雙方進行議定,但摻合後仍須符合柴油冷流性質規範,藉此對生質柴油之冰與火的議題找到共容的平衡點。(本文由科技部補助105年度《「新媒體科普傳播實作計畫」─以環保永續、環境教育、財務金融、應用科學暨新媒體藝術等領域為例》執行團隊撰稿)
 
責任編輯:蔡美瑛|世新大學廣播電視電影學系