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Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 1
生質燃料技術發展與應用開發生質燃料技術發展與應用開發
盧文章
工業技術研究院
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 2
課程內容課程內容
生質能源發展現況與方向
生質柴油產製技術
藻類生質能源發展與應用
生質酒精產製技術與成本分析
生物產氫技術發展
生質燃料發展策略及挑戰
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一生質能源發展現況與方向一生質能源發展現況與方向
生質能源介紹
生質能源國內外發展目標與現況
生質燃料種類與效益
生質燃料未來研發趨勢
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人與生質能人與生質能
印地安人
把木頭用
於烹飪
中世紀人類把木柴從森
林帶到火爐
英國於16 至18世紀
間以木炭
升火應用
於玻璃工
廠
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光合作用光合作用
光合作用每合成一莫耳葡萄糖 (glucose) 需要674 kcal 的光能其反應式如下
2 2 6 12 6 2h6CO 6H O C H O 6Oν+ ⎯⎯⎯rarr +
植物每年將2000億噸的碳元素轉換為醣類
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生質能基本原理生質能基本原理
利用太陽能與CO2進行
光合作用促進植物生長
再作為燃料因此歸類為
再生能源沒有增加CO2
淨排放
CO2
Plant
Solar
Fuel
Energy
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
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Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 34Source EEA (2006)
EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 42
生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 44
純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 45
轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 46
生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 48
兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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課程內容課程內容
生質能源發展現況與方向
生質柴油產製技術
藻類生質能源發展與應用
生質酒精產製技術與成本分析
生物產氫技術發展
生質燃料發展策略及挑戰
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一生質能源發展現況與方向一生質能源發展現況與方向
生質能源介紹
生質能源國內外發展目標與現況
生質燃料種類與效益
生質燃料未來研發趨勢
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人與生質能人與生質能
印地安人
把木頭用
於烹飪
中世紀人類把木柴從森
林帶到火爐
英國於16 至18世紀
間以木炭
升火應用
於玻璃工
廠
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光合作用光合作用
光合作用每合成一莫耳葡萄糖 (glucose) 需要674 kcal 的光能其反應式如下
2 2 6 12 6 2h6CO 6H O C H O 6Oν+ ⎯⎯⎯rarr +
植物每年將2000億噸的碳元素轉換為醣類
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生質能基本原理生質能基本原理
利用太陽能與CO2進行
光合作用促進植物生長
再作為燃料因此歸類為
再生能源沒有增加CO2
淨排放
CO2
Plant
Solar
Fuel
Energy
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 10
國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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一生質能源發展現況與方向一生質能源發展現況與方向
生質能源介紹
生質能源國內外發展目標與現況
生質燃料種類與效益
生質燃料未來研發趨勢
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人與生質能人與生質能
印地安人
把木頭用
於烹飪
中世紀人類把木柴從森
林帶到火爐
英國於16 至18世紀
間以木炭
升火應用
於玻璃工
廠
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光合作用光合作用
光合作用每合成一莫耳葡萄糖 (glucose) 需要674 kcal 的光能其反應式如下
2 2 6 12 6 2h6CO 6H O C H O 6Oν+ ⎯⎯⎯rarr +
植物每年將2000億噸的碳元素轉換為醣類
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生質能基本原理生質能基本原理
利用太陽能與CO2進行
光合作用促進植物生長
再作為燃料因此歸類為
再生能源沒有增加CO2
淨排放
CO2
Plant
Solar
Fuel
Energy
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
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(Braz
il)Cell
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Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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人與生質能人與生質能
印地安人
把木頭用
於烹飪
中世紀人類把木柴從森
林帶到火爐
英國於16 至18世紀
間以木炭
升火應用
於玻璃工
廠
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光合作用光合作用
光合作用每合成一莫耳葡萄糖 (glucose) 需要674 kcal 的光能其反應式如下
2 2 6 12 6 2h6CO 6H O C H O 6Oν+ ⎯⎯⎯rarr +
植物每年將2000億噸的碳元素轉換為醣類
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生質能基本原理生質能基本原理
利用太陽能與CO2進行
光合作用促進植物生長
再作為燃料因此歸類為
再生能源沒有增加CO2
淨排放
CO2
Plant
Solar
Fuel
Energy
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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il)Cell
ulose
Ethanol
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EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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光合作用光合作用
光合作用每合成一莫耳葡萄糖 (glucose) 需要674 kcal 的光能其反應式如下
2 2 6 12 6 2h6CO 6H O C H O 6Oν+ ⎯⎯⎯rarr +
植物每年將2000億噸的碳元素轉換為醣類
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生質能基本原理生質能基本原理
利用太陽能與CO2進行
光合作用促進植物生長
再作為燃料因此歸類為
再生能源沒有增加CO2
淨排放
CO2
Plant
Solar
Fuel
Energy
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 34Source EEA (2006)
EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質能基本原理生質能基本原理
利用太陽能與CO2進行
光合作用促進植物生長
再作為燃料因此歸類為
再生能源沒有增加CO2
淨排放
CO2
Plant
Solar
Fuel
Energy
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質能(biomass energy 或 bio-energy)我國「再生能源發展條例 (草案)」
生質能定義為「國內農林植物沼氣一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源」
bull
生質物 (biomass) 泛指由生物產生的有機物質例如--
木材與林業廢棄物如木屑等
--
農作物與農業廢棄物如黃豆玉米稻殼蔗渣等
--
畜牧業廢棄物如動物屍體廢水處理所產生的沼氣
--
垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產生的沼氣
--
工業有機廢棄物如有機污泥廢塑橡膠廢紙黑液等
bull
利用生質物經過轉換可獲得的可用能源如電與熱
生質能的定義生質能的定義
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質能的定義生質能的定義 -- IEAIEA
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類
Biomass Energy (Bio-energy)
Energy produced by utilizing or processing the agricultural and forest plants biogas general wastes and general industrial wastes etc
Biofuel is any fuel that is derived from biomass
國際能源總署 (IEA) 再生能源之分類HydroGeothermalWindSolar PhotovoltaicsSolar ThermalTideWaveOcean
Solid BiomassRenewable MSWGas from BiomassLiquid Biomass (ie Biofuels)Non-Specified Combustible Renewable amp wastesNon-Renewable MSW amp Industrial Waste
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Source IEA (2007)
20052005年全球總初級能源供應年全球總初級能源供應
生質能為全球第四大能源供應了全球約10的初級能源需求為目前最被
廣泛使用的再生能源約佔全球所有再生能源應用的80
Biofuels(Liquid Biomass)
07 2001
12 2004
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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國外生質能源應用現況與目標國外生質能源應用現況與目標
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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(一)運輸用生質燃料利用1生質柴油以動植物或廢食用油脂經轉化後所產生之酯類
直接使用或混合柴油使用作為燃料者若添加生質柴油1於柴油之中混合使用稱為B1柴油
2生質酒精以糖質澱粉或纖維素能源作物轉製成之酒精若添加生質酒精3於汽油之中混合使用稱為E3汽油
(二)定置型生質燃料熱電利用1都市廢棄物發電以大型垃圾焚化廠處理都市廢棄物進行發
電利用2農工廢棄物發電以蔗渣稻殼黑液廢輪胎廢紙篩渣
衍生燃料等農工廢棄物進行發電利用3沼氣發電利用掩埋場回收沼氣能源或廢水厭氧發酵之沼氣
能源進行發電
國內生質燃料種類國內生質燃料種類
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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國內生質能發電利用及熱利用現況與目標國內生質能發電利用及熱利用現況與目標
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質燃料之種類與應用方式生質燃料之種類與應用方式
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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Sugar Can
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(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質柴油製造技術生質柴油製造技術
Transesterification
Washing amp Drying
Methanolrecovery
Feedstock (triglyceride)
Biodiesel
Crude glycerin
Methanol + Catalyst
H2CHC CH2
OOOC
R1
C
R2
C
R3
O O O
(triglyceride)
+ 3CH3OH(methanol)
H3C O C Rx
O H2CHC CH2
OHOHOH(biodiesel) (glycerol)
Catalysteq NaOH
+
化學轉換技術
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Source IEA (2004)
生質酒精製造技術生質酒精製造技術生物化學轉換技術
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質酒精製造技術生質酒精製造技術
Hydrolysis of starch and cellulose followed by fermentation of glucose to ethanol
StarchcelluloseH(C6 H10 O5 )n OH
162 kg
Glucosen C6 H12 O6
180 kg
Ethanol2n C2 H5 OH
92 kg
Carbon dioxide2n CO288 kg
+
+ Enzymes
Source LAMNET (2006)
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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酒精理論產率酒精理論產率
澱粉水解成葡萄糖反應式
(C6
H10
O5
)n + nH2
O rarr nC6
H12
O6
1公斤的澱粉產出的葡萄糖為180n(162n + 18)bull 當n=2則轉化因子為1053而當n很大時此因子
接近1111
利用葡萄糖為基質之酒精醱酵反應式
C6
H12
O6rarr 2 C2
H5
OH + 2 CO2
因此1公斤的葡萄糖理論上可產出0511公斤酒精
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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範例Calculate theoretical ethanol yield from 1 bu of corn which has 15 percent moisture and contains 70 percent starch on a dry basis
Solution One kg of corn contains 1 kg minus
015 kg = 085 kg dry solids
Starch content of 1 kg of corn 070 times
085 kg = 0595 kgTheoretical ethanol yield from 1 kg of corn is
0595 kg times
1111 times
0511 = 0338 kg ethanolkg cornThe specific gravity of ethanol at 20degC is 079 kgL Therefore thevolume of ethanol produced from 1 kg of corn is
[(0338 kg divide
079 (kgL)] divide
3785 (Lgal) = 0113 galThe weight of 1 bu
of corn is 56 lb
Therefore the theoretical yield of ethanol from 1 bu of corn is0113 (galkg) times
0454 kglb times
56 lbbu
= 287 galbu
In practice the actual amount of ethanol produced from 1 bu of cornis known and the overall process efficiency can easily be calculated
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
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rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
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Sugar Bee
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il)Cell
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Ethanol
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FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
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(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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衍生燃料衍生燃料 (RDF) (RDF) 製品分類製品分類分類 美 國 日 本
RDF-1 以廢棄燃料形態使用之廢棄物 一般提供焚化爐焚化之可燃物
RDF-2 前處理成一定粗粒徑之廢棄物 粗破碎之可燃廢棄物
RDF-3 都市垃圾去除金屬玻璃及其他無
機物後製成之燃料95重量通過
2 英吋角篩之廢棄物
經粗大垃圾處理設施破碎分選粒
調整後之廢棄物
RDF-4 粉碎加工至 95重量能通過 10 號
篩之廢棄物
前處成薄片狀或木屑狀之可燃廢
物
RDF-5 壓縮成塊狀棒狀等成型之可燃物 固體燃料
RDF-6 加工成液態燃料之可燃物 加工成油狀或泥狀之液態燃料
RDF-7 加工成氣體燃料之可燃物 氣化加工之氣體燃料
RDF = Refuse Derived Fuel
衍生燃料等級與能源效率
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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衍生燃料技術衍生燃料技術
廢棄物[CH] n
氣化 [ 部分氧化 ]
分選 乾燥 摻配 造粒
液化 [ 無氧加熱 ] 合成燃油
固態燃料
合成燃氣
[CH2] n
CH4CO + H2
[CH] n
RDF- 6
RDF- 5
RDF- 7
技術 產品
生質能物理處理技術
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
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ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 32
0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 34Source EEA (2006)
EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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目前目前 RDFRDF--5 5 技術發展技術發展
家庭垃圾
紙廠廢棄物
稻桿廢棄物
PE廢塑膠膜
來源 RDF-5破 碎分 離乾 燥摻 配造 粒
廢棄物
(廢紙排渣) RDF- 5
玻璃
bull
金屬回 收
鍋 爐旋 窯
熱電
200 kghr RDF 先導工廠 1000 kghr RDF Demo Plant
Waste to solid pellets
全國第一座固態衍生燃料示範廠
優 點符合環保要求能可有效回收能量屬綠色再生能源低二氧化碳排放達到減廢目的
處理量 至每小時 1000 公斤
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(Braz
il)Cell
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Ethanol
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EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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混合混合廢塑膠快速裂解系統廢塑膠快速裂解系統 ((液化合成燃油液化合成燃油))
快速裂解(Fast pyrolysis)~ 最大液體產量
在高溫缺氧狀態下快速加熱廢
棄物並快速冷凝其所產生的氣
體以獲得合成燃油
特 點
bull 快速升溫迅速冷卻
bull 避免二次裂解(cracking)
產 品bull 75 液體產量bull 15 產氣bull 10 焦碳
工研院50 kghr廢塑膠快速裂解反應爐
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
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out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 32
0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
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(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 34Source EEA (2006)
EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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氣化利用技術氣化利用技術
氣化係指在高溫下進行部分氧化反應將廢棄物或
煤炭轉換成以
氣態燃料
為主的可利用能源
一氧化碳氫氣甲烷等
可直接作為鍋爐與發電機組之燃料供應所需之蒸汽及電力
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
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Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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bull 台南新市統一公司食品廠 160 kWe小型沼氣發電系統(工研院技術)
沼氣利用技術沼氣利用技術
沼氣(biogas)藉由細菌將廢棄物之有機物質經分解所得 到之可燃性氣體主要成分為甲烷二氧化碳及少量硫化氫 氣體
台灣沼氣來源
畜牧廢水猪隻糞尿廢水為大宗家庭污水都市污水處理場城鎮垃圾垃圾掩埋場為主各行業廢水(物) 食品業紡織業膠帶業等
bull
台灣沼氣利用潛能
6~9 times
103 m3year(023~034 MKOLE)
生物轉換技術
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 32
0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 34Source EEA (2006)
EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生物產氫技術生物產氫技術
產氫體系 優點 缺點 主要研究的問題
綠藻可由水產生氫氣
轉化的太陽能效率高
需要光
氧氣抑制作用
產氫速度慢
使產生的氫氣和氧氣分開
經由遺傳改造增加對氧氣的耐受力
藍綠細菌
可由水產生氫氣
具有從大氣中固氮的能力
需要光
氫氣中混有 30的氧氣
氧氣抑制作用
反應器設計
去掉氫酵素以阻止氫氣的降解
及時去氧
光合細菌
可利用不同的廢料
可利用的光譜範圍較寬
能量利用率高
需要光
廢水需處理
應用反微團技術提高產氫速率
提高光的穿透能力與反應器設計
基因操作
提高光吸收的效率
醱酵細菌
不需要光
可利用的碳源非常多
可產生有價值的代謝產物
無氧氣限制問題
產氫速率相對最高
廢水需處理
產物抑制
減小液相中氫氣的分壓
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
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(Braz
il)Cell
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Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生物燃料電池生物燃料電池((BiofuelBiofuel
Cell)Cell)
bull 生物燃料電池模組化
ndash 價格便宜
ndash 組裝方便
bull 安全而多元的燃料
ndash 生質物均可直接利用
ndash 減低石化原料依賴
ndash 燃料攜帶方便
-
結合生物反應器和燃料電池
-
生物直接反應產生電流
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 32
0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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Sugar Can
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(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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微藻能源利用技術微藻能源利用技術
藻體採收
轉化程序
生質燃料生質柴油 沼氣生質酒精 飛機用燃油
回收水營養源再循環利用
副產物飼料肥料生物活性物質甘油其他
廢 CO2
amp 熱發電廠產生工業製程廢水處理
低價充足水源海水半鹹水廢水
陽光CO2(自營)
有機碳(異營)
O2
藻類生產系統
開放池 密閉光反應器 複合系統
CO2
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
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Ethanol
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EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
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Oil (UK)
Soy Bea
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(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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我國生質能源發展現況我國生質能源發展現況
bull 生質能源發展與推動現況ndash 環保署自2005年推動「生質柴油道路試行計畫」由各縣市環保清潔
車輛添加使用累計使用量約3195公秉經濟部於2007年1月起推動生
質柴油「能源作物綠色公車計畫」7月起執行「綠色城鄉應用推廣計
畫」目前已全面實施B1ndash 經濟部於2007年推動生質酒精「綠色公務車先行計畫」目前規劃執
行「都會區E3計畫」預計2011年全面供應E3ndash 生質能發電以都市廢棄物沼氣農工廢棄物等為料源目前總發
電裝置容量已達6553萬瓩
bull 生質能產業發展現況ndash 生質柴油國內已有10家生質柴油廠產能達8萬公秉年以上另有2
家申請中產能預估將達10萬公秉年以上
ndash 台灣中油台肥台糖等公司正積極評估酒精工廠可行性
ndash 生質能發電目前已有兩座RDF製造廠總產能183萬噸年另已有
一座RDF汽電共生廠(22MW)及一座25MW RDF電廠投資籌設中
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Considerations Fuel PropertiesEnergy EfficiencyCarbon RetentionFeedstock amp Land UtilizationEnvironmental Impact CostInfrastructureVehicles and StandardMaturity of Technologies
ConsiderationsConsiderations
Are there enough biofuels to replace petro-fuels
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
Ener
gy E
ffici
ency
(Ene
rgy
out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 32
0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
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(EU)
Sugar Can
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(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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不同生質燃料能源效益比較分析不同生質燃料能源效益比較分析
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 US DOEhttpwww1eereenergygovbiomassnet_energy_balancehtml3 UK DfT International resource costs of biodiesel and bioethanol p38
0
2
4
6
8
20304050
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
Brazil
Cellulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel (U
K)
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ffici
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(Ene
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out
in) Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
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(US)
1st Generation 2nd Generation
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
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Ethanol Biodiesel
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Oil (UK)
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(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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0
20
40
60
80
100
120溫室效應氣體減量
()
Grain (U
SEU)
Sugar Bee
t
(EU)
Sugar Can
e
(Braz
il)Cell
ulose
Ethanol
Rape (
EU)
FT-Fuel
Ethanol Biodiesel
Waste
Cooking
Oil (UK)
Soy Bea
n
(US)
1st Generation 2nd Generation
Reference 1 IEA 2004 Biofuel for Transportation an International Prospect2 Canada Climate Change Central Biodiesel Vehicle FuelGHG Reductions Air Emissions Supply and Economic
Overview
bull 減量分析為生命週期計算(Well to Wheel)bull 使用酒精減量是相對於使用汽油使用生質柴油減量是相對於使用柴油bull 減量比例超過100代表整個生命週期中作物吸收CO2的量大於溫室氣體排放量
生質燃料生質燃料COCO22減量效益分析減量效益分析
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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各種原料的生質燃料產量各種原料的生質燃料產量
Source BMELV (2006)
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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EU Solutions for Biofuels from the farmland
環境影響環境影響
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Average Biodiesel Emissions Compared to Conventional Diesel
Emission Type B100 B20
Regulated Total Unburned Hydrocarbons Carbon Monoxide Particulate Matter NOx
-67-48-47+10
-20-12-12
+2 to -2
Non-RegulatedSulfates PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)nPAH (nitrated PAHrsquos)Ozone potential of speciated HC
-100-80-90-50
-20-13-50-10
環境影響環境影響
Estimated from B100 result Average reduction across all compounds measured 2-nitroflourine results were within test method variability
Source wwwepagovotaqmodelsbiodslhtm
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Advantages Disadvantages
bull Domestically produced from non-petroluem renewable resources
bull Can be used in most diesel engines especially newer ones
bull Less air pollutants (other than nitrogen oxides) and greenhouse gases
bull Biodegradable bull Non-toxic bull Safer to handle
bull Use of blends above B5 not yet warrantied by auto makers
bull Lower fuel economy and power (10 lower for B100 2 for B20)
bull Currently more expensive bull More nitrogen oxide emissions bull B100 generally not suitable for use in low
temperatures bull Concerns about B100s impact on engine
durability
Advantages Disadvantages
bull Domestically produced reducing use of imported petroleum
bull Lower emissions of air pollutants bull More resistant to engine knock bull Added vehicle cost is very small
bull Can only be used in flex-fuel vehicles bull Lower energy content resulting in fewer
miles per gallon bull Limited availability bull Currently expensive to produce
Source wwwfueleconomygov USDOE (2006)
Bio
dies
elB
ioet
hano
l(E
85)
車輛使用生質燃料車輛使用生質燃料
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質燃料國際發展趨勢生質燃料國際發展趨勢
bull 歐美主要國家仍持續積極的推廣Biofuel的應用但在推動的同時也增列
了防範前述對社會環境負面影響的相關措施
ndash 美國布希總統在20071219簽署的「能源自主與安全法案(Energy Independence and Security Act of 2007)」明訂於2022年需達到360億加侖
(約136百萬公秉)的Biofuel推廣目標量但規定其中的210億加侖必需是採用
纖維素(非糧食)的料源
ndash 中國大陸國家發改委在去(2007)年9月確立了以非糧作物發展生物燃料
ndash 歐洲議會(歐盟)在今年20080123宣告的一份備忘錄(Memo on the Renewable Energy and Climate Change Package)中仍將維持既定的再生能源發展政策
目標各會員國於2020年生質燃料推廣量需達運輸用燃料的10但
Biofuel必須要符合環境永續規範(Environmental Sustainability Criteria並
對非糧料源之生質燃料給予較高的權重才能納入目標達成值的計算
bull 重視並積極投入「非糧料源」生質燃料技術的研發與推廣
料源多元化(擴大料源) 高產率(提升轉化率) 突破應用介面之限制開發副產品應用價值
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Bio-
amp Agri- Scientists
bull Crop propertiesbull Crop plantingbull Enzymes and
microorganisms bull Biological processes
(eg fermentation)bull Genetic and protein
BiofuelCommercialization
Commercial systems forbiofuels chemicals
and power
Chemical Engineers
bull Material and energybalances
bull Reaction kinetics amp reactor design
bull Control systems bull Modeling and scaling-upbull Plant constructionbull Process integrationbull Techno-economics
生質燃料商業化生質燃料商業化
Bridging Bio- amp Agri-Sciences and Commercial systems
Chemical Engineering
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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國內國內生質能源利用之展望生質能源利用之展望
生質能源符合未來需求
--新能源二氧化碳減量減廢
可同時兼顧環境能源及再利用
以永續發展為出發點而非僅止於處理
綠色的再生能源
--替代傳統燃料二氧化碳減量
--二次污染低民眾接受度較高
應用市場
--與既有燃料與電力系統結合
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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永續式社區永續式社區((島島 ))生質能源利用系統生質能源利用系統
能源作物住 宅
廢棄物
氣化系統
發電系統
渦輪機 middot 發電機
鍋爐 middot 燃料電池
RDF-7合成燃氣
RDF-5固態燃料
RDF-6合成燃油
CO2
酒精燃料
交通工具
Electricity
生質柴油
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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二生質柴油產製技術與建廠分析二生質柴油產製技術與建廠分析
生質柴油介紹
生質柴油產製技術
二階段轉酯化產製生質柴油技術
生物轉酯化程序
固態觸媒轉酯化技術
超臨界甲醇技術
甘油加值化利用
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質柴油的定義生質柴油的定義
定義
以動植物油或廢食用油脂經轉化技術後所產生之酯類直接使用或混合柴油使用作為燃料者
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
bull 生質柴油(Bio-diesel)為「利用動植物油脂
或廢食用油之長鏈脂肪酸於觸媒存在下
與烷基醇類反應產生烷基酯類燃料」稱之
bull 生質柴油又稱為陽光燃料(SunFuel)它可
以從油菜籽蓖麻大豆麻瘋果等農棕
櫚樹椰子樹林作物中加工轉化而來這
些作物又稱為能源作物
bull 如以100純生質柴油使用稱之為B100若以
20(vv)生質柴油和80(vv)市售高級柴油
混合使用則稱之為B20油脂轉化成生質柴油之分子式
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質柴油與石化柴油之成分生質柴油與石化柴油之成分
石化柴油 菜籽油 RME
組成[wt] C H O =886 134 0
C H O =776 115 109
C H O =772 120 108
平均分子量[gmol]
120~320 ~883 ~296
bull 石化柴油30~35芳香族碳氫化合物65~70 paraffins及少量之olefins且不含氧碳數大部
份介於C10~C16之間
bull 生質柴油主要由C16~C18脂肪酸甲酯組成含 氧量約11
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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純生質柴油(B100) 混合生質柴油(B20)
總碳氫化合物 (THC)可減量 80~90 20~30
一氧化碳 (CO)可減量 30~40 10~20
懸浮微粒 (PM)可減量 30~50 5~15
屬於再生能源可減少溫室氣體(CO2)與空氣污染物排放
可被生物分解降低環境污染風險
能源產出投入比為25 (酒精汽油122-133)廢食用油回收處理多元化減輕廢棄物處理負荷
結合能源作物種植增加農民收益提升農地資源與觀光效益
生質柴油的環境生質柴油的環境能源效益能源效益
Source 工研院能資所 2002
1 公秉油當量生質柴油
1 公秉油當量化石柴油 52~56 公噸CO2eq
16~22 公噸CO2eq
bull 註CO2eq包括製程之副產物產生之GHG為各溫室氣體依其
與CO2之比例換算加總而得
bull 資料來源台灣地區生質柴油應用評估工研院(2001)
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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轉酯化反應機制轉酯化反應機制
triglyceride alcohol mixture of alkylesters glycerol
H C OOCRHC OOCRH C OOCR2
2
+ 3 ROHH C OHHC OHH C OH2
2R OORC
R OORC
RCOOR+
++
Catalyst
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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生質柴油製造料源作物種類生質柴油製造料源作物種類
Sunfloweroil
Coconut oil
Palmoil
Waste Waste cooking cooking
oiloil
Jatropha oil
Rapeseed oilSoybean oil
油脂作物
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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兩階段酯化製造技術兩階段酯化製造技術
轉酯化反應
純化甘油精製
甲醇回收
油脂
粗甘油 粗生質柴油
生質柴油甘油
甲醇+NaOH
稀酸酯化
回收油脂amp動物油脂
酸+甲醇
bull酸步驟中產生的水
將降低酸鹼步驟之產率產生微乳化降低生質柴油品質
bull化學藥劑成本增加
bull酸步驟中需耐酸槽
體增加設備成本
bull酸步驟中為了反應少量FFA需
處理整個原料油
bull低酸酯化產率將增加皂化物產生
皂化物可能引起微乳化現象rArr反應時間增加及混合速率降低
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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兩段式反應結果兩段式反應結果
第一階段酸催化可將高酸
油與回收油的酸價分別降
低至05315與09541 mgKOHg符合鹼催化
進料需求
二階段轉酯化可有效將高
酸油(40FFA)和回收食
用油(5FFA)轉化成甲基
酯其轉化率分別可達
86和 90 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120Time(min)
Ester
Yield
()
acid oil
waste cooking oil
simulate acid oil
simulate waste cooking
反應條件第一階段酸催化醇酸比= 15酸觸媒15-2和醇酸比20酸觸媒1- 15第二階段鹼催化醇油比 = 6與氫氧化鈉添加量1
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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鹼觸媒法與酵素法之比較鹼觸媒法與酵素法之比較
重複水洗
皂化物
甲基酯類
甘油
廢水(鹼液)
甲醇
甲醇蒸發(上層液)
甲醇蒸發(下層液)
反應混合物分離
鹼觸媒+甲醇
油脂 轉酯化反應
轉酯化反應油脂反應混合物分離
甘油純化
甲基酯類
甘油
脂肪酵素+甲醇
甘油純化
(上層液)
(下層液)
(a)
(b)
生物轉酯化技術
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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初步精鍊之油脂
液態觸媒
甲醇
酸
酸
蒸餾
分離
固態觸媒反應器
靜置分離
中和水洗
甘油純化
脂肪酸
生質柴油
甘油
固體觸媒生質柴油產製技術固體觸媒生質柴油產製技術
利於開發連續式製程
高甘油純度(gt98)高酯產率(接近100)無低價值脂肪酸產出
無廢棄的鹼需處理
減少化學品使用
所需觸媒較少
固體觸媒轉酯化技術
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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固體觸媒轉酯化研究固體觸媒轉酯化研究
mdashmdash轉酯化結果轉酯化結果
觸媒添加量之影響醇油比之影響
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm觸媒添加量4
反應條件油250g反應溫度60轉速400rpm醇油比121
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
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四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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一般醇解與超臨界醇解比較一般醇解與超臨界醇解比較
傳統製程 超臨界甲醇製程
反應時間 1-6小時 240秒反應條件 01 MPa 30-65 35 MPa 350
觸媒 均相鹼觸媒 無
游離脂肪酸 形成皂化物 甲基酯
轉化率 97(正常) 985(較高)純化移除物 甲醇 觸媒及皂化物 甲醇
程序 複雜 簡易
bull Substance past its vapor-liquid critical point(high
T amp P)
bull Changes to a liquid without condensingbull Changes to a gas without boilingbull 甲醇Tc
= 2395 Pc
= 809 bar
超臨界甲醇技術
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 56
三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 57
微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 58
微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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甘油精鍊及加値化
甘油副產物甘油副產物
由於生質柴油使用逐年成長造成甘油價格
下跌因此其加值利用為目前發展方向之ㄧ
食品
24
個人護理品(護膚護髮和肥皂) 23
口腔護理
17
煙草
11
生產聚氨酯用聚醚多元醇
8
醫藥
7
醇酸樹酯
3
增塑劑潤滑計等其他用途
7
美國甘油市場概況
2004年美國甘油用量達224萬 噸產值達3億美元以上且
每年以2左右成長
甘油售
價對生
質柴油
的影響
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
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Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 57
微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 58
微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 59
bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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ldquooh everything is so simplerdquo hellip
ldquomy quality is the bestrdquo
ldquoI have driven more than 1000 km without any problemrdquo
生質柴油製造先鋒生質柴油製造先鋒
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 59
bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
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0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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Austria Biodiesel
Raffinerie
GmbH
ndash
40000 t
國外生質柴油廠案例國外生質柴油廠案例
Germany NEW -
Natural Energie
West
-
100000 t
Diester
Industrie
Grand Couronne
ndash
250000 t
Italy Novaol
SRL
-
120000 t Slovakia Ekoil SpA ndash
40000 t Czech Republic Agropodnik
-
50000 t
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三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
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生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 56
三藻類生質能源發展與應用三藻類生質能源發展與應用
微藻生產技術與挑戰
微藻能源研發現況
微藻培養
微藻採收
藻油萃取
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 57
微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 58
微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 59
bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
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微藻生質燃料的優點微藻生質燃料的優點
Ref (1) ME Huntley and DG Redalje Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12 (2007) 573ndash608(2) P M Schenk et al Bioenerg Res (2008)(3) Y Chisti Biotechnology Advances 25 (2007) 294ndash306(4) NREL A Look Back at the US Department of Energyrsquos Aquatic Species Program Biodiesel from Algae (1998)
原料 產量(公升公頃-年)
大豆(Soybean) 450
油菜籽(RapeseedCanola) 1200
痲瘋果(Jatropha) 1900
油棕(Oil Palm) 5900
藻類[Algae (open system)] 11000 -
112000
藻類[Algae (close system)] 58700 -
136900
bull 微藻光合效率高固碳效果佳
ndash 可固定電廠及工廠排放之廢
CO2183 噸-CO2
100 噸-藻體
ndash 於光合反應器中之CO2捕捉效
率介於50~80 之間
bull 生長速率快單位面積產能大
bull 非糧食作物料源
bull 具多元產品應用潛力
ndash 油脂 蛋白質 碳氫化合物 高單
價及生物活性物質等
各種油脂料源之單位面積油脂產量
取代台灣5的柴油消耗量約需要3000公頃培養
面積
藻類生質能源發展與應用
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 58
微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 59
bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 62
微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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微藻產油技術發展微藻產油技術發展
bull 微藻每單位面積產量高具有潛力作為替代燃料的原料bull 目前全世界有超過150家藻類生質燃料公司
bull 主要商業化生產競爭公司ndash Shell HR BioPetroleum
(已於2011退出專注於纖維素酒精)
ndash BP Sapphire Energyndash Cheveron
NREL
ndash ExxonMobil Synthetic Genomics
bull 商業化時程仍需待驗證ndash European Algal Biomass Association 10~15 年進入商業化產品利
用ndash Sapphire and Solazyme 於2012 年達1 million galyear 產能 示範
廠(已非如原預期時程)ndash 藻油生產成本存在極大差異亟待釐清與驗證
Ref National Algal Biofuels Technology Roadmap (Draft) USDOE 2009 httpwwwreuterscomarticleGCA-GreenBusinessidUSTRE5526HY20090603
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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bull 開放系統
ndash 渠道式池 ndash
Live Fuels (USA) ndash Seambiotic (Israel)
ndash Circular pond
ndash
味丹(Taiwan)bull 密閉系統
ndash 水平管狀ndash
AlgaeLink
(Neth)ndash 垂直管狀ndash
BioFuel
Systems
(Spain)ndash 平板型ndash
Novagreen
(Ger)
bull 異營系統
ndash 攪拌槽反應器ndash
Solazyme (USA) ndash
Fermentalg
(France)
光生物反應器光生物反應器
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 60
藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
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燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
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C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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藻類採收技術藻類採收技術
傳統方法
化學凝集
離心
過濾
曝氣浮除
未來發展技術
生物凝集(Biofloculation)微過濾(Micro-filtration)活化藻體(Activated algae)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
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藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 61
藻油萃取技術藻油萃取技術
傳統方法
機械式擠壓
溶劑萃取
未來發展技術
超臨界流體萃取
酵素萃取
超音波
滲透壓震動
超臨界流體萃取
bull 對環境影響小
bull 無溶劑高產率萃取
bull 低操作溫度及耗能
溶劑萃取
bull 有害溶劑逸散對環境
影響大
bull 後段溶劑回收耗能高
機械式擠壓
bull 對環境影響小
bull 產率低
bull 相對低的耗能
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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微藻養殖微藻養殖
33
SunSunSun
458
412
206
55
PAR (400-700 nm)
Photon Transmission90
光子利用50
Conversion toCH2 O 267
Biomass Accumulation60
3251-5638 MJm2yr In Taiwan
2 1500L PBR30 gm2day ~15 gL
1 4000L Open Pond4-12 gm2day 04 gL
4 164 strains some of them Crude lipid gt 30
6 Engineered Chlorella TAG gt 40
3 Swine wastewater cultivation ~4 gL
~40 gm2day
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 63
微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
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五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
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世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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微藻採收技術微藻採收技術
bull 技術特點
ndash 開發「多層過濾結構帶濾 採收系統」專利技術
ndash 測試結果可將約15 gL 藻液濃縮至130 gL (240
Lh操作條件)
bull 現階段開發重點
ndash 整合電混凝與本採收系 統設計一貫作業並降低 能耗
專利申請過濾結構及過濾方法(台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 64
藻油萃取技術藻油萃取技術
bull 技術特點
ndash 濕藻泥(含水率約85)直接萃取
無須乾燥 (批式萃取)ndash 直接進行酸製程轉酯化再萃取油
脂萃取率可達98ndash 經破壁處理後直接萃取率約為95
bull 現階段開發重點
ndash 建立濕藻連續萃取及分離系統整
合破壁萃取分離裝置
專利申請專利申請
1 2009-『連續式微藻萃取裝置連續萃取與脫水破裂的方法』(台灣大陸)
2 2010-『超臨界萃取系統之連續式入料裝置與方法』(台灣)3 2010-『連續式微藻油萃取和分離之裝置及方法』(台灣大陸美國)4 2010-『連續式高壓活塞萃取設備及製程應用』(台灣大陸美國)5 2011-『萃取裝置』(台灣大陸美國)6 2011-『高壓萃取設備及其萃取方法』 (台灣大陸美國)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 65
四生質酒精產製技術與建廠分析四生質酒精產製技術與建廠分析
生質酒精介紹
傳統作物酒精製造技術
纖維素酒精產製技術
建廠規劃設計及成本分析
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 66
生質酒精發展現況生質酒精發展現況--生質酒精特性生質酒精特性
生質酒精的物理特性
bull 熱值偏低ndash 汽油熱值7727 千卡公升
ndash 酒精熱值5080千卡公升約
為汽油的65
bull 吸水性高閃火點低ndash 須修改加儲油設備
bull 高蒸發潛熱ndash 冷啟動特性較差
參考資料 1 Andress D Air quality and GHG emissions associated with using ethanol in gasoline blends David Andress amp Assoicates Inc (2000)
2 IEA 2004 Biofuels for Transport An International
總碳氫化合物
(THC)降低 12
一氧化碳(CO) 降低 21~32
氮氧化物(NOx) 增加 1~10
毒性化合物-丁二
烯苯甲苯二
甲苯
降低 19~30
毒性化合物-甲醛
乙醛增加 25~36
10~180
E10酒精取代MTBE對空氣品質影響1
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 67
國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
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國內適合產製酒精之澱粉作物分析國內適合產製酒精之澱粉作物分析
原料 轉化率(公斤公升) 原料成本(元公升) 備註
玉米 27 135
281
進口到岸價格5元公斤
93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
甘薯 8(鮮重) 32 93年農業統計年報作物生產第一
種成本4元公斤
木薯 56 -稻米 25 275 93年農業統計年報作物生產第一
種成本11元公斤
目前國內生產澱粉作物成本過高並不具生產酒精之經濟效益
新作物之開發將是成功與否之關鍵
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
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4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
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紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
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部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 68
燃料酒精生產程序 -穀物製造酒精之流程及成本分析
8
9
10
11
0 100000 200000 300000 400000Plant Size (kLy)
Prod
uctio
n C
ost
($N
TL)
Dry MillWet Mill
穀物
研磨
水SO2預浸
蒸汽萃取
研磨分離
液化糖化
液化糖化
醱酵
澱粉
胚芽麩質油
醱酵
分離
含水酒精蒸餾脫水
DDGs
CO2
濕磨法
乾磨法
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 69
玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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玉米生產酒精成本分析玉米生產酒精成本分析
產能40百萬加侖產率277Gal Bushel Corn玉米US$ 2 Bushel Corn(含水率15)設廠成本59300000 (美元)
Variables Operating Costs ($gal ethanol)
Cost Year for Analysis 2006 Shelled Corn $0723
Life of Equipment 10 Denaturant $0045
Days of Operation per Year 330 Other Raw Materials $0053 Denaturant in Final Fuel Ethanol 20 Utilities $0294
Feedstock Cost $ Bushel $200Labor Supplies and Overheads $0117
DDGS Price $ton $6500 Depreciation $0148Co-Product Credits -$0216Total Product Cost per gallon $1165
原料成本佔62
Distillers Dry Grains(DDG 酒糟粕 )
淨原料成本
$0507 gal約佔
總成本44
參考資料USDA Process andor Cost Simulation Models for 40 MGY Dry Grind Model
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生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
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Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
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3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 70
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢
1 NREL 20002 IEA 20043 Economic Development amp Tourism 1994
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 71
Barrier Topics Technology Goals
Feedstocks Develop sustainable technologies to supply biomass to biorefineries
Better compositions and structures for sugars productionDomestication Yield tolerance Better agronomics Sustainability
Feedstock Deconstruction to SugarsDevelop biochemical conversion technologies to produce low-cost sugars from lignocellulosic biomass
Pretreatment EnzymesReduced severity Reduced waste Higher sugar yields Reduced inhibitors Reduction in nonfermentable
sugars
Enzyme Hydrolysis to SugarsHigher specific activity Higher thermal tolerance Reduced product inhibition Broader substrate range Cellulases
and cellulosomes
Sugar Fermentation to EthanolDevelop technologies to produce fuels chemicals and power from biobased
sugars and chemical building blocks
Cofermentation
of SugarsC-5 and C-6 sugar microbes Robust process tolerance Resistance to inhibitors Marketable by-products
Consolidated ProcessingReduce process steps and complexity by integrating multiple processes in single reactors
Enzyme Production Hydrolysis and Cofermentation
Combined in One ReactorProduction of hydrolytic enzymes Stable integrated traits Fermentation of needed products (ethanol) Process toleranceAll processes combined in a single microbe or stable culture
生質酒精未來發展趨勢生質酒精未來發展趨勢 --
Overcoming Barriers to Overcoming Barriers to CellulosicCellulosic
Ethanol USDOE RampDEthanol USDOE RampD
Source GTL USDOE (2006)
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 72
五生質燃料發展策略及挑戰五生質燃料發展策略及挑戰
生質燃料使用環境建構(以生質柴油為例)
生質燃料發展策略(以生質柴油為例)
生質燃料未來發展之挑戰
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 73
國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
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國內潛在市場國內潛在市場
23
37346
0 17521688 39 13 18 29913 415
8673
0 9834767
0
1000
2000
3000
4000
航空
公
路
鐵路
水運
礦業
食品業
紡織業
木紙業
化工業
非金屬礦製品業
金屬基本工業
其他製造業
農
業
部門
住宅部門
商業部門
其他部門
行業別
(KKL)千
公秉
資料來源2000台灣能源平衡表
國內柴油消費結構
國內柴油最大使用部門為公路運輸
市區公路客運貨運之柴油消耗量160萬公秉年
生質柴油可做為都會運輸工具之替代燃料
以台灣地區全面添加B1~B5方式為目標市場
B1-每年需5萬公秉生質柴油
B5-每年需25萬公秉生質柴油
生質柴油使用環境建構
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
聯絡人盧文章
電話03-5918584E-mailwenjangluitriorgtw
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 74
C120 [wt]
C140 [wt]
C160 [wt]
C180 [wt]
C181 [wt]
C182 [wt]
C183 [wt]
other FA [wt]
Iodine value
棕櫚油 05 1-2 40-48 4-5 37-46 9-11 03 C200 03 53-57
低芥子酸 3-5 1-2 55-65 20-26 8-10 C201 1 C201 7-9 96-117
高芥子酸 2-4 1-2 14-18 13 8-10 C221 45-52 C241 1 98-108
大豆油 11-12 3-5 23-25 52-56 6-8 121-143葵花油 6 3-5 17-22 67-74 C220 06 127-142高油酸 4 4 78 85
Used frying oil 05 1-3 13-25 5-12 43-52 7-22 05-3C160 0-4 C201 1 C221 05
80-91
生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質生質柴油的原料之脂肪酸組成及性質
bull 當飽和脂肪酸越高的油脂碘價越低bull 當不飽和脂肪酸越高熔點越低故動物油脂其凝固點溫度較高
Diesel fuel 油菜籽油 葵花籽油 大豆油 棕櫚油 牛油
CP[] -15 -2 -1 0 13 14 PP[] -33 -9 -3 -2 12
CFPP[] -18 -15 -3 -2 11 13 CP Cloud point PP Pour point CFPP Cold filter plugging point
生質柴油標準制定
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 82
Thank you for your attention本文件作者已盡力確保資料的準確性惟任何未經授權擅自使
用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
This document is prepared with utmost care by the speaker however neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof
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Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 75
世界燃油規章(WWFC)及噴油系統製造協會(FIE) 對使用生質柴油立場
世界燃油規章(WORLD-WIDE FUEL CHARTERWWFC)容許添加小於5生質柴油(ltB5)
資料來源 National Biodiesel
Board (NBB) 2006及 World-Wide Charter report 2002
Siemans
vdo符合 ASTM D6751Stanadyne
Denso符合 ASTM D6751Delphi符合 EN 14214Bosch
(Fuel Injection Equipment Manufacturers)
符合 EN 14214<B5FIE
對生質柴油(B100)要求對使用生質柴油
立場製造商
噴油系統製造協會 (Fuel Injection Equipment FIE)建議添加小於5生質柴油(ltB5)
車輛適用性
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 76
靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 77
生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 81
面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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靜態應用
體積膨脹率<30
動態應用
體積膨脹率10~15
經驗法則
bullB5以下無需更換
bullB5-B20可使用Viton及NBR
bullB100建議使用Viton(氟素橡膠)
使用建議
生質柴油與橡膠相容性生質柴油與橡膠相容性
資料來源 工研院內部資料CRC Project No AVFL-2a Technical Report Sep 2005
耐油試驗
將橡膠試片置於油中浸漬一定時間後量測體積變化物性變化
試驗結果
體積變化率() 浸漬液體 250 hrs 500 hrs 750 hrs 1000 hrs超級柴油 68 52 43 51 B5 76 67 7 72 B20 111 89 91 97 B100 189 213 196 19
試驗結果
硬度變化(硬度值) 浸漬液體 250hrs 500hrs 750hrs 1000hrs 超級柴油 -9 -10 -7 -8 B5 -10 -10 -10 -8 B20 -12 -14 -10 -9 B100 -16 -18 -16 -17
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 78
產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 79
國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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生質柴油使用及行銷生質柴油使用及行銷
車輛使用依國外經驗柴油車直接使用B20以下之生質柴油引擎不需修改
國外許多車商(如BMWVolveFordhellip等)之柴油車都有對生質柴油進行保固
摻配生質柴油與市售柴油的混合性極佳且極易完全混合(Splash BlendingIn-Tank BlendingIn-Line Blending)依國外使用經驗混合後之生質柴油不會造成分層現象
儲運生質柴油閃火點高儲運安全性高
生質柴油儲存穩定性高達6個月(材質鋁碳鋼不鏽鋼而銅鉛錫及鋅等不適合)未來國內如以B1至B5的方式推廣使用則可於中油或台塑等石油公司內先行摻配好B1(或B5)再以現行的行銷體系運作即可達到產品的推動
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
結語結語
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產業推動策略分析-以生質柴油產業為例說明
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國內未來生質柴油的挑戰與機會國內未來生質柴油的挑戰與機會
供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
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政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
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生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
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供應端(supply side)
料源產製技術成本行銷通路法令
需求端(demand side)
化石柴油使用量(替代率)消費大眾接受度載具功能適用性
生質柴油 使用模式
國內生質柴油 最大使用潛量
主要之限制因子有限的料源rarr關鍵成本
(廢食用油)(其他動植物油)
政策措施之主要考量再生能源推廣環境效益
(溫室氣體減量效益)(廢食用油對環境衝擊)(空氣污染物減量排放)
國內每年公路運輸柴油使用量約達400400萬公秉萬公秉以上(能源年報)透過示範宣導試行推廣計畫及車商保固
技術研發稅賦優惠油品標準產銷管理法令
Copyright 2012 ITRI 工業技術研究院 80
政策宣告2007推動Green County示範計畫2008全面推廣實施B1油品視產銷供應鏈發展2010全面B2
能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
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生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
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能源作物(農會)
廢食用
油回收
商
石油煉製業
油庫輸 儲掺配
生質柴油
製造商一般消費者
示範車隊(B5)
Green County區域內加油站
(B1)
全面實施B1所有加油站
環保清潔車輛道路試行計畫
2008強制規定售價反映成本
2007 區域示範計畫
2006示範補助
2006示範補助計畫(環保署延續計畫13rarr16縣市)
國外料源(種籽油)
國外進口生質柴油
建構全面掺配之產製銷運作機制逐步調升添加比例擴大市場規模
生生質柴油推動策略構想質柴油推動策略構想
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面臨挑戰
生質燃料利用體系的建立須有跨部會整合機制
生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
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良性市場競爭機制
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生質燃料設施與產品之管理機制尚未完備
生質物供應與需求鏈尚待建立
生質燃料設備與技術仍須改進
因應策略與未來規劃
強化既有技術並加強示範推廣措施
加強生質燃料利用技術與產品的管理
技術監督市場管理
國家標準
良性市場競爭機制
擴大生質物來源
結合跨領域專長人員進行整合性研究
生質燃料面臨挑戰與因應策略生質燃料面臨挑戰與因應策略
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用本資料所造成的損害作者及工研院均不負賠償責任
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