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nicolasjing

木虫 (初入文坛)

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[交流] 美国在研究生物柴油方面的发展

美国为黄豆王国，由黄豆油为原料的黄豆生物柴油 (Soy Biodiesel) 非常普遍。在美国密苏里州圣路易机场采用 200 辆的生物柴油公车，许多加油站均有出售生物柴油，并依大气污染防制法规定在石化柴油中添加 20 ％生物柴油供用。

　　美国 1990 年开始以小规模用大豆油生产生物柴油，并被国家能源署列为清洁燃料，进行推广应用。美国能源署则要求到 2010 年止，美国的生物柴油产量从现有的 100 万吨提高到 1200 万吨。

　　美国生物柴油的产量由 1999 年的 1892.5立方米猛增到 2000 年的 18925立方米。目前已有纯态形式的生物柴油燃料和混合生物柴油燃料，在汽车上实际使用超过 1.6×107km 的实验基础。纯态形式的生物柴油又称为净生物柴油，已经被美国能源政策法正式列为一种汽车替代燃料。依据原料和生产商的不同，目前美国净生物柴油的价格不及 0.515 ～ 0.793 美元 /L ，含 80 ％生物柴油成份的混合生物柴油的市场价格，每公升比传统柴油要贵 7.93 ～ 10.57 美分。

　　尽管生物柴油的成本昂贵，但是先进国家仍在大力推广使用，旨在保护生态环境和本国能源安全。美国成立了专门的生物柴油研究机构．投入大量的人力物力。

　　美国能源部门把发展生物柴油意义提高到战略高度对待。美国将 21 世纪的能源战略定为 “ 安全、清洁、高效 ” ，由于生物柴油的优异性能， OFD( 燃料发展办公室 ) 在《可再生能源发展战略》中，把生物柴油列为主要发展目标之一。通过政策法规要求联邦、州和公共部门的汽车都必须有一定比例的车辆使用替代燃油，在美国生物柴油已成为替代燃料增长最快的产品。美国联邦率先成为生物柴油的最大用户。

　　在使用 “ 生物柴油 ” 的人多了，对美国种植大豆的农民当然是件好事。因为这提高了大豆油的价值。美国农业部的专家 2001 年底提出的一份研究报告指出，在 2010 年以前，使用 “ 生物柴油 ” 可把大豆价格每年平均提高 17 美分。这项研究估计，美国农业种植经济在 10 年内将增加 52 亿美元的收入。

　　美国生物油料总生产能力 300,000 吨。对生物柴油的税率为 0 ％。美国在黄石公园进行的 60 万公里的行车实验，没有出现任何结焦现象 ( 已有 100 次以上的生物柴油示范，包括三次 100 万英哩测试， 30 次以上的五万英哩测试，以及千万英哩路程的运转试行。在这些测试，其执行结果如燃料里程率及动力能力均与传统石化柴油一样，而且排气味亦不难闻。同时也没有负面的耐久性或引擎损耗问题等发生 ) 。空气污染物排放降低了 80 ％以上。而且使用生物柴油还吸引了附近 300 公里外的棕熊来到公园。美国 B20 是采用 20 ％生物柴油的柴油，尾气污染物排放可降低 50 ％以上。 1992 年美国能源署及环保署都提出生物柴油作为清洁燃料，美国总统克林顿 1999 年专门签署了开发生物物能的法令，其中生物柴油被列为重点发展的清洁能源的一，国家对生物柴油不收税。

　　美国自从 20 世纪 90 年代初就开始将生物柴油投入商业性应用，但是最近三年才真正形成规模。生物柴油已经成为该国产量增长最快的替代燃油。美国 1999 年只有 3 个主要的汽车运输公司使用生物柴油，而到 2000 年 3 月使用生物柴油的运输公司超过了 40 个。在美国，生物柴油主要用于具有集中加油部的大巴和卡车运输公司。美国联邦政府是生物柴油的最大用户。美国 1992 年通过的能源政策法规定，绝大多数的联邦、州和公共部门的汽车队都必须有一定比例的车辆使用替代燃油。在加利福尼亚州，一家环绕三藩市地区运行的运输公司的卡车 100 ％使用生物柴油。绝大多数的运输公司使用的生物柴油占 20 ％，使用的柴油占 80 ％，但由于价格比基于石油的柴油要高出 15 ～ 30 ％，因此生物柴油尚未进入各个加油部。

　　全世界的生物柴油生产正在增加，而美国更努力在进行建立一个世界级的专业生物柴油工厂。其中 TRT 公司宣布将其在马利兰州的肥皂工厂改为世界级的生物柴油工厂，将由大豆油、回收废油、动物油等从事生产生物柴油。建厂完工后，每年可在生产三千万加仑的生物柴油，系为美国第一个专业的工厂，同时为世界最大者。在此期间，美国既设的工厂将每年生产二千万加仑的生物柴油。当其完全商业化后．生物柴油对于建立永续的社会具有莫大的贡献 — 即新生物柴油精炼厂、新的事业、新的国内农民市场 — 以提升美国的能源与经济安全保障，有利于清洁空气、环保并利于稳定温室效应气体。

（美国生物柴油的年代记见附录一）。

　　由美国 National Biodiesel Board 的报告，布什总统于 2004 年 10 月 22 日签署美国就业法案中有一部份包括生物柴油税率优惠方案及甲醇税率优惠方案，着眼点在于生物柴油系无毒、可生物分解且可提高就业率，同时也可以减少对国外原油的依赖、并可改善环境品物。

　　在此法案中补助依生物油添加的百分比，每加仑每百分比补助一分美元，再生油则为以及每加仑每百分比补助半分美元，例如 B20(20% 的生物柴油 ) 即补助每加仑二十分美元给制造厂商，其主要精神是要让 B20 与高级柴油的市场价格一样，刺激消费者使用生物柴油。补助是要制造厂反应给通路商而最终反应给消费者。

　　预计可将 2004 年生物柴油的需求从三千万加仑提高到一亿二千四百加仑。

　　由于黄豆油 (soybean) 的需求增加，将会提升每桶十分美元的市价，也将会增加农民每五百英亩地二千美元的收入。

　　该优惠案将于 2005 年一月一日生效，预计将会在制造业、农业及相关服务业于未来十年增加五万个就业机会。而对于美国经济总产出 (gross output) 将有七十亿美元的效益。

　　生物柴油为可替代原油为主的柴油，而不需要修改柴油引擎。可用 B100(100% 生物油 ) 以及现在最常用的 B20(20% 生物油 ) 以刺激农民投入数百万的资金生产大豆为主的生物油。

　　目前美国已有四百个车队使用生物柴油。大约三百个加油站及一千个通路商运送到全国各地，其通路商分布如下图：

　　通路商与加油站主要分布在中部与东部地区以及加州，在美国市场销售的生物柴油主要为 B2 即含 2% 生物油料的柴油，另也有销售 B20 及 B100 的加油站。

　　Alternative Bio Diesel Liquid Fuel Industries 公司表示 [http://www.alfindustries.com] ，在美国生物柴油的销售以倍数成长，至 2003 年可销售 2 千万加仑的生物油料，而全美国柴油销售量为 600 亿加仑，由于生物柴油的价格为石化柴油的一倍（ B20 生物柴油为 $1.40/ 加仑对石化柴油的 $0.74/ 加仑），因此价格为使用生物柴油的主要考量，在欧洲由于税率的优惠，因此生物柴油每年可销售 15 亿加仑。

　　目前市场大量使用 B2 及 B5 （柴油中含 2% 及 5% 生物油料），均称为 “Low Blends” 生物柴油，其主要考量点为「柴油要提升品物，可藉助生物油料的良好润滑性、高十六烷值极高闪火点的优点」，尤其只要 2% 的生物油料，柴油就有很好的润滑性，尤其油料添加 2% 或 5% 的生物油料，其柴油都可以符合美国规定市售柴油的 ASTM D975 规范，而 B20 也可以符合此规范，但是超过此百分比，某部分规格则无法符合。

　　美国环保署于 2002 年 10 月的 EPA 420-P-02-001 报告中，探讨各种不同比例的生物柴油对重型柴油引擎排气污染的影响，如下图所示，随着生物油量含量的增加， HC 、 CO 、 PM 等均有明显的降低，但是 NOx 确有稍微增加的趋势。

　　因此由美国环保署的研究资料显示， B2 及 B52 对污染减量的助益不大，单纯为农业、润滑性、油源广泛等因素考量。

　　另外由 National Renewable Energy Laboratory 的研究，若将 B20 及 B100 与市售高级柴油比较，其污染减量的数据如下表所示。

Emission Type
B100
20% Biodiesel

Carbon Monoxide
  -43.2%
  -12.6%

Hydrocarbons
  -56.3%
  -11.0%

Particulates
  -55.4%
  -18.0%

Nitrogen Oxides (NOx)
  +5.8%
  +1.2%

Air Toxics
  -60% to -90%
  -12% to -20%

Carbon Dioxide
  -78.3%
  -15.7%

Source: National Renewable Energy Laboratory (NREL)

　　在 National Renewable Energy Laboratory 的研究报告亦指出，消费者会使用 B20 的原因为：

　　•  对生物柴油成本的增加较少。

　　•  美国联邦政府的 EPAct 准则 (guidelines) 要求至少添加 20% 以上的生物油料。

　　•  添加 20% 时， NOx 的增量约为 1~4% ，还在引擎污染法规的限制内。

　　•  B20 对降低黑烟、 PM 、 HC 、 CO 、 CO 2 都有 10% 以上的降低效果。

　　•  B20 不会造成燃料滤网阻塞及喷油嘴积污，因为生物油料会溶解油箱内累积的沉积物所导致。

　　•  B20 的低温流动点还可以靠添加剂来克服。

　　•  使用 B20 时，部分会有材物兼容性的问题，但是掺配比例提高时，此问题更严重。

　　因此综观燃料成本、污染减量、低温特性、材物兼容性、溶解性等因素， B20 为最佳的选择。

在材物兼容性问题，在 1993 年前生产的引擎，其油封、软管、密封垫、及管线涂层主要由天然或耐酸 (nitrile) 橡胶所制，因此生物柴油对他们会侵蚀及硬化反应，但在 1994 年后的引擎已使用可以耐生物柴油的材料， U.S. Department of Energy (DOE)by the National Renewable Energy Laboratory, a DOE national laboratory. 于 2000 年建议若是有材物兼容性问题，可将燃料系统中的橡胶类物物，改换为氟弹性体 (Viton) 即可。

　　附录一：美国生物柴油的年代记

1970年
认可第一个联邦清洁空气措施。

制定油烟废气排放标准。

1974年
引擎运转必须符合CO、THC、NOX…等废气排放标准及更严格的油烟标准。

1979年
提高CO及THC废气标准。

1983年
环保署(EPA)将柴油废气微粒子成份划归为致癌物物。

1985年
南加州成为实施严格柴油管制的第一个地区，其硫量限为0.05重量百分比，比＃2石化柴油低80％。

1988年
废气中的NOX量再降低而且经EPA制定柴油废气逸出微粒子标准为0.6g/b.hp.hr。

加州空气资源部会对于加州出售的柴油燃料制定新标准：

石化芳香径类为10％以下，硫量为0.05重量百分比，大型精炼厂的石化芳香径类为10％以下。

1989年
‧EPA规定厂商对于废气逸出须遵守NOX及PM(微粒子成分)的新规标准。

1990年(Nov.)
‧1990清洁空气措施提案成为法律，依照环保署规定其目的在于每年排除560亿磅的污染空气而减少50％的酸雨废气，减少75％有毒空气并且降低石油进口量。

1991年(Sep.)
‧美国环保署公布计划，将1987年的规定微粒子层次降低90％，此系清洁空气措施的最先执行表现影响都会80％运输公车。

1992年(Oct.)
‧1992年(EPACT,Energy Policy Act, 能源政策措施法案)的能源政策措施成为法律而规定政府机关的车队必须购置采用代替燃油的车辆，并且拨专款给市区公车及校车，以利宣传代替燃油的可行性。

1993年
‧所有新购置市区公车引擎必须符合下列废气逸出标准：

微粒子(PM)︰0.1g/b.hp.hr

一氧化碳(CO)︰15.5g/b.hp.hr

总碳氢化合物(THC)︰1.3g/b.hp.hr

氧化氮(NOX)︰5.0g/b.hp.hr

1993年(Feb.)
‧环保署公布市区公车清洁燃油／清洁技术导引以供遵照。

1993年(Oct.)
‧所有高速公路的柴油(200亿加仑)必须采用“清洁的燃油”(clean diesel)而其含硫量为0.05重量百分比以下，十六烷值最少40。

1994年
‧新添公车引擎废气逸出限制调整为0.07g/b.hp.hr。

‧从前未经环保署注册的所有引擎燃油，必须提出其废气逸出量对健康影响的有关证明数据，才能在美国境内合法出售，然而包括生物柴油在内的曾经注册过的燃油则可免除六年的义务。

‧环保署公布车辆废气逸出标准，最为联邦清洁燃油计划及加州清洁燃油车辆中段计划应遵照的标准。

1995年(Jan.)
‧1993年及以前的市区公车引擎，当更新时必须降低其微粒子逸出量到0.1g/b.hp.hr或降低到原有引擎标准的25％。

1995年(July.)
‧美国能源部(U.S. DOE)公布原有被认可的清洁生物柴油为替代燃油。

1995年(Oct.)
‧联邦注册公布有关获得州政府车队及替代燃油供货商的替代燃油车辆的最终规定。

1995年
‧市区公车年间随机测试必须符合1994年及尔后的微粒子标准0.07g/b.hp.hr此系用以判定市区公车是否遵照微粒子标准规定而所有逸出情况会予以追查，若未遵照环保署必须要求其使用低污染燃油。

1996年
‧公车引擎的微粒子逸出限制降为0.05g/b.hp.hr。

‧美国环保署与引擎厂商及柴油供货商获得协调，将于2004年对于逸出2.0g/b.hp.hr或以下的重型引擎，予以制定新的废气逸出标准。

‧美国环保署对于“大致类似”的石化柴油提议予以新规定，以利定义并依清洁空气措施予以判定是否为“大致类似”柴油。

1996年(Jan.)
‧对于50HP或更大的柴油引擎，其新制定非道路(off-roab)废气逸出标准生效 (海运及火车除外)。

1997年
‧环保署公布最终“大致类似”石化柴油的规定。

1998年
‧包括市区公车在内的所有重型引擎'于1998年及以后其氧化氮(NOX)，逸出限制必须降到4.0g/b.hp.hr。

‧依环保署标准判定“大致类似”石化柴油的最终期限。

‧环保署清洁燃油车队计划要求在22个最坏都市地区集中加油的车队必须采购符合标准替代燃油的车辆做为其车辆更新。

‧加州规定其在州内极低或零废气车辆最低销售比率及类似的计划亦将在纽约及麻州开始执行。

未来
‧对于一氧化碳及臭氧未达到标准地区，将规定更严格石化柴油标准。

‧若能改善公共健康，可扩大到非目标地区以利整体改善。

‧州政府及地区的规定，将继续影响特定交通机关以利改进。

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