淺談石化能源(二)：石油與天然氣(上)

作者：歐陽孚 / 編輯：郭致廷

美國德州的小鎮Spindletop，1901年1月10日，由油井中爆炸般地噴發出大量石油，為開採「黑金」的瘋狂紀元揭開序幕。

圖片來源：維基百科(http://en.wikipedia.org/wiki/Spindletop)

石油與天然氣是什麼？

石油(petroleum)與天然氣(natural gas)主要都由「烴類化合物(hydrocarbon)」組成，所謂烴類指的是成分僅有氫(hydrogen)與碳(carbon)的化合物，化學式可以寫成CxHy的形式，例如：甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、丁炔C4H6…等。這些化合物可以是看不見的氣態、像水一般流動的液態、或是濃稠的漿狀甚至是固態，它們屬於哪種形態取決於化合物分子的大小，一般而言X與Y數字越小者，流動性與揮發性越高，越大者則外型越為固定。所有的烴類都可以燃燒(與氧氣劇烈反應)，進而生成二氧化碳(CO2)與水(H2O)，並釋放出熱能。這告訴了我們兩件事：一是石油與天然氣可以做為燃料，供應人類能量；二是使用這種燃料無可避免地會產生二氧化碳。

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淺談石化能源(一)：石化能源使用現況

作者：歐陽孚 / 編輯：郭致廷、楊卓儒

圖片來源：BP Statistical Review of World Energy 2010

前言

在〈生質能源概論(八) ─ 結語〉之中我們曾談到，替代能源的發展目標並不是要以某一種方案取代所有的石化能源，而是要用不同的技術多管齊下，逐步取代石化能源的多數用途。要達成這項目標，除了要理解各種可能技術的優點與限制外，更為基本的是，必須了解石化能源的獨特性與重要性。替代能源發展是項大工程，而工程首重務實，對於問題的本質有所了解，我們才能夠踏實地解決難題。因此，在〈生質能源概論(一) ─ 石化能源的危機〉中，我們曾短篇幅地介紹石化能源當前的運用狀況，而在新一系列的專欄《淺談石化能源》裡，我們將藉由四篇文章帶領各位讀者更進一步了解石化能源，首先談到〈石化能源使用現況〉，接著介紹三大石化燃料：石油、天然氣、煤炭，並在行文過程中討論哪些石化燃料的應用面是可供生質能源發揮的舞台。希望藉此專欄，能讓各位讀者更進一步地理解石化能源與生質能源的相對關係。

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生質能源概論 ( 八 ) ─ 結語

作者： 歐陽孚 / 編輯：楊卓儒

圖片來源：http://article.pchome.net/content-565611-37.html

什麼是生質能源(biomass energy或bioenergy)？前述幾篇文章中談到的合成氣、沼氣、廢棄物衍生燃料、生質酒精、生質柴油…等，它們都是由生物質(biomass)轉換而生的能源，由於生物質基本上是由進行消耗二氧化碳的光合作用而來，因此做為燃料燃燒後雖然仍會產生二氧化碳，但淨排放量為可以視為零，使生質能源具備永續與潔淨的特性。這兩項特性也是替代能源最重要的考量。

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生質能源概論 ( 七 ) ─ 生質柴油

作者：郭致廷 / 編輯：楊卓儒

圖一 向日葵田，葵花油也是生質柴油的原料之一

在前篇介紹了生質酒精之後，本篇將介紹生質柴油的起源、製程與利用情形。在進入主題之前，先為讀者介紹傳統石化柴油與汽油的不同之處。大體而言，柴油與汽油都是由石油原油經由分餾法所得之產物。利用各物質沸點不同，將原油加熱成為蒸汽後導至分餾塔中進行冷凝，柴油沸點較汽油高，因此在較高溫度即可冷凝成為液體，汽油沸點低，需要在接近塔頂的部份進行收集。汽油與柴油都是烴類(碳氫化合物)混合物的通稱，然而差別在於汽油所含烴類碳鏈長度在C4~C12之間，柴油所含烴類碳鏈長度在C10~C22之間。碳鏈長度的差異，造成柴油相對於汽油擁有較高燃燒熱值 (柴油燃燒熱為 37.3 MJ/L，汽油燃燒熱為34.2 MJ/L)、較低燃點與較高的黏稠度等特點。同時這些不同也反應在汽油引擎與柴油引擎設計之中。從引擎點火方式來說，柴油引擎不像汽油引擎使用火星塞點火，而直接採用壓縮點火，引擎承受較大壓力，因此柴油引擎通常較汽油引擎更為笨重。然而也因為較高的壓縮比，使得柴油引擎具有較高的熱效率 (柴油引擎 35-50%, 汽油引擎 25- 30%) 而油耗較低。在引擎性能方面，柴油引擎具有高扭力、低污染的優點。缺點則是在低速運轉時，柴油車通常會有較大的爆震，然而隨著柴油引擎的改進，這種狀況已有顯著的改善。

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