2012 Honda Civic CNG，使用CNG的純瓦斯車。(圖片來源)
作者：歐陽孚 / 編輯：郭致廷、楊卓儒
在前幾篇文章中，我們已經看過了能夠運用生質酒精與生質柴油的車輛，然而這些並不是車用生質燃料的全貌。以下就讓我們來看看還有哪些可能的選項：
生質丁醇(Biobutanol)
酒精的正式化學名稱是「乙醇」，既然乙醇可以做為燃料，那麼自然會有人研究其他醇類，例如：甲醇、丙醇、丁醇…等作為燃料的可能性。而在這眾多研究中，丁醇是相當具有潛力的一種。
生質丁醇是從生物質製造出來的丁醇，大部分用於生產酒精的生物質都可以作為丁醇的原料。丁醇的性質比酒精更近似於汽油，它的熱值比酒精高，也就是燃燒相同質量的酒精與丁醇，後者可以產生比較高的能量。丁醇不易吸水，蒸氣壓(vapor pressure)較低而閃燃點(flash point)較高，因此儲運設備較酒精簡單許多，甚至可以使用管線運輸、比起僅能用槽車運輸的酒精減少許多成本；而且丁醇與既有車輛的相容性很高，有些汽油車甚至不需修改任何零件即可添加[註1]。美國能源部(DOE)的網站有更多關於生物丁醇作為燃料的介紹，有興趣的朋友可以參考。簡言之，單就燃料特性而言，酒精根本不是丁醇的對手。
然而，目前複雜與高耗能的製程[註2]使得丁醇沒有價格競爭力，現階段不可能投入商場。此外，除了製程問題以外，丁醇與彈性燃料車用的酒精一樣需面臨後勤系統的問題。我個人認為，要看到添加生質丁醇的車輛普及，十年之內不太可能[註3]。雖然如此，目前還是有許多公司投入這塊領域，比較活躍的是杜邦(DuPont)與BP的合作計畫下成立的Butamax、向美國海軍供應丁醇以轉化成航空燃料的Cobalt、用100%丁醇支援一台別克轎車(1992 Buick Park Avenue)橫跨美國的butyl fuel, LLC…等，更多丁醇公司可以參考這張清單。
甲醇(Methanol)
除了丁醇以外，甲醇(methanol)也是一種生質燃料的選擇，在1973年的能源危機後曾被廣泛研究，它與乙醇在各方面的性質都很相似，只是能量含量更低一些，但製造成本更為低廉，可由煤炭或天然氣大量製造，也可透過汽化由生物質生產[註4]。只是到了90年代末期，由於生質酒精獲得比較多的政府補助(例如：美國的VEETC方案)，並且可協助農業發展(例如：玉米業)、具有較少溫室氣體排放等優點，在種種考量下使得甲醇漸漸失去青睞。
美國加州政府曾在1980到1990年代大力推動一般車輛添加M15(一般汽油混入15%的甲醇)，催生使用M85的彈性燃料車，並購置許多甲醇車作為公務車。只是該政策到了2005年也為了推動生質酒精而中止，目前美國車商已經不再製造甲醇乘用車。整體而言，甲醇作為內燃機車輛的燃料已是明日黃花，然而近年來有研究專注於以甲醇作為燃料電池(Fuel Cell)的燃料，或許會是甲醇的出路。
天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)
「瓦斯」通常指的是以甲烷為主的「高壓天然氣( Compressed Natural Gas, CNG)」，常以鋼瓶儲存；另一種以丙烷、丁烷為主的「液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas, LPG)」由於也是用鋼瓶儲存，性質又相近，因此在談車用燃料時，也常被歸在瓦斯這一類。瓦斯車的英文相對應名稱是「天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)」。
CNG車輛除了在特定幾個國家(巴基斯坦、伊朗、阿根廷、巴西…等)接受度較高以外，在一般國家並不普及。CNG的優點是乾淨，由於燃料的成份相對單純，排放出來的有害氣體較少，行駛每公里的碳排放可以減少約10%；此外價格低廉，行駛相同距離的花費比起汽油便宜許多(有時可以少3成)。然而最大的缺點是加油站數量太少，不利於一般消費者的乘用車；同時熱值低，造成每公升燃料能跑的距離比較短，也不太適合經常爬坡的車輛。綜合以上特性，許多國家如美國、德國、印度、澳洲…等，將CNG應用於以公車為主的大眾運輸上。
台灣使用CNG與LPG的濫觴可追至1930年代，過去十年推廣的瓦斯車主要是使用LPG，主打的是由一般車輛改裝成為「油氣雙燃料車」，優點是改裝過程容易，而且在車輛剛啟動時或是爬坡時可以手動切換為汽油。但由於這種作法需要佔據車身內額外的空間(通常是後車廂)放置儲氣鋼瓶，因此比較不為一般消費者接受，採納者多是對燃料價格敏感的計程車司機。至於許多消費者擔心的安全性問題，事實上過去發生的爆炸意外究其原因多是改裝過程不符規範所致，技術人員若都能按標準程序施工即可避免；加上近年來越來越多鋼瓶對於承受撞擊有特殊設計，在某些試驗條件下 甚至比汽油車的油箱還要穩定。然而這幾年政府政策搖擺，既在2008宣布要鼓勵計程車全面改裝，又在2010年取消燃料購買的補助，瓦斯車在台灣的發展前景並不樂觀。
小結
這篇文章介紹的丁醇車還不成熟、甲醇車逐漸凋零，瓦斯車則是前途不明(在台灣)，但它們仍然具有價值。如我們在以前的文章中提過的，要完全取代汽油與柴油的龐大用量是個非常艱困的目標，必須要多管齊下。具有酒精生產優勢的國家當然有利發展彈性燃料車，盛產天然氣的地區則可以多推動瓦斯車；丁醇車輛缺乏後勤系統支援，但可以從軍事用途、航太用途切入，摸石子過河。下一篇文章，我們將向各位介紹氫氣車(燃料電池車)，繼續探索生質燃料的未來發展。
註釋
1. 「添加100%丁醇不需改造車輛」這一點多是由生質丁醇的擁護者提出，然而目前能佐證的相關試驗有限，也還沒有車輛製造商為此背書。美國環保署(EPA)的現行規範是一般車輛最高可以使用含有11.5%(v/v)生質丁醇的汽油。
2. 目前生質丁醇的製造是透過一種特定的發酵作用，然而丁醇自己卻是這種發酵作用的抑制劑，大幅影響生產速率，因此必須要不斷將丁醇移出。產出的丁醇溶液濃度太低、純化過程需要耗費許多能量，是當前製造丁醇的兩大難題。
3. 除了製程問題與後勤問題外，生質丁醇與生質酒精互相競爭也是一個難題。雖然有部分生質酒精製造商投入生質丁醇的發展，但其他資本有限的生質酒精製造商很可能不願意投入，甚至會杯葛、阻擋這項分食生質燃料市場的產品。最後或許需要政府政策的干預，才能平息它們之間的衝突。
4. 低成本的甲醇一般還是由天然氣製造，因此嚴格說來不能算是「生質能源」。
相關文章
汽車與生質燃料(一) 美國汽油名稱的數值比較低？淺談汽油
汽車與生質燃料(二) 我的車可否加酒精？彈性燃料車
汽車與生質燃料(三) 什麼車可以加生質柴油？
汽車與生質燃料(四) 油電混合車
汽車與生質燃料(六) 燃料電池車
汽車與生質燃料(七) 結語
Gevo與Butamax的生質丁醇專利大戰
在前幾篇文章中，我們已經看過了能夠運用生質酒精與生質柴油的車輛，然而這些並不是車用生質燃料的全貌。以下就讓我們來看看還有哪些可能的選項：
生質丁醇(Biobutanol)
酒精的正式化學名稱是「乙醇」，既然乙醇可以做為燃料，那麼自然會有人研究其他醇類，例如：甲醇、丙醇、丁醇…等作為燃料的可能性。而在這眾多研究中，丁醇是相當具有潛力的一種。
生質丁醇是從生物質製造出來的丁醇，大部分用於生產酒精的生物質都可以作為丁醇的原料。丁醇的性質比酒精更近似於汽油，它的熱值比酒精高，也就是燃燒相同質量的酒精與丁醇，後者可以產生比較高的能量。丁醇不易吸水，蒸氣壓(vapor pressure)較低而閃燃點(flash point)較高，因此儲運設備較酒精簡單許多，甚至可以使用管線運輸、比起僅能用槽車運輸的酒精減少許多成本；而且丁醇與既有車輛的相容性很高，有些汽油車甚至不需修改任何零件即可添加[註1]。美國能源部(DOE)的網站有更多關於生物丁醇作為燃料的介紹，有興趣的朋友可以參考。簡言之，單就燃料特性而言，酒精根本不是丁醇的對手。
然而，目前複雜與高耗能的製程[註2]使得丁醇沒有價格競爭力，現階段不可能投入商場。此外，除了製程問題以外，丁醇與彈性燃料車用的酒精一樣需面臨後勤系統的問題。我個人認為，要看到添加生質丁醇的車輛普及，十年之內不太可能[註3]。雖然如此，目前還是有許多公司投入這塊領域，比較活躍的是杜邦(DuPont)與BP的合作計畫下成立的Butamax、向美國海軍供應丁醇以轉化成航空燃料的Cobalt、用100%丁醇支援一台別克轎車(1992 Buick Park Avenue)橫跨美國的butyl fuel, LLC…等，更多丁醇公司可以參考這張清單。
用丁醇從俄亥俄州開到加州聖地牙哥的1992 Buick Park Avenue (圖片來源)
甲醇(Methanol)
除了丁醇以外，甲醇(methanol)也是一種生質燃料的選擇，在1973年的能源危機後曾被廣泛研究，它與乙醇在各方面的性質都很相似，只是能量含量更低一些，但製造成本更為低廉，可由煤炭或天然氣大量製造，也可透過汽化由生物質生產[註4]。只是到了90年代末期，由於生質酒精獲得比較多的政府補助(例如：美國的VEETC方案)，並且可協助農業發展(例如：玉米業)、具有較少溫室氣體排放等優點，在種種考量下使得甲醇漸漸失去青睞。
美國加州政府曾在1980到1990年代大力推動一般車輛添加M15(一般汽油混入15%的甲醇)，催生使用M85的彈性燃料車，並購置許多甲醇車作為公務車。只是該政策到了2005年也為了推動生質酒精而中止，目前美國車商已經不再製造甲醇乘用車。整體而言，甲醇作為內燃機車輛的燃料已是明日黃花，然而近年來有研究專注於以甲醇作為燃料電池(Fuel Cell)的燃料，或許會是甲醇的出路。
天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)
美國華盛頓DC添加CNG的公車 (圖片來源)
「瓦斯」通常指的是以甲烷為主的「高壓天然氣( Compressed Natural Gas, CNG)」，常以鋼瓶儲存；另一種以丙烷、丁烷為主的「液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas, LPG)」由於也是用鋼瓶儲存，性質又相近，因此在談車用燃料時，也常被歸在瓦斯這一類。瓦斯車的英文相對應名稱是「天然氣車輛(Natural Gas Vehicle, NGV)」。
CNG車輛除了在特定幾個國家(巴基斯坦、伊朗、阿根廷、巴西…等)接受度較高以外，在一般國家並不普及。CNG的優點是乾淨，由於燃料的成份相對單純，排放出來的有害氣體較少，行駛每公里的碳排放可以減少約10%；此外價格低廉，行駛相同距離的花費比起汽油便宜許多(有時可以少3成)。然而最大的缺點是加油站數量太少，不利於一般消費者的乘用車；同時熱值低，造成每公升燃料能跑的距離比較短，也不太適合經常爬坡的車輛。綜合以上特性，許多國家如美國、德國、印度、澳洲…等，將CNG應用於以公車為主的大眾運輸上。
典型的LPG瓦斯鋼瓶，置於後車廂內。(圖片來源)
台灣使用CNG與LPG的濫觴可追至1930年代，過去十年推廣的瓦斯車主要是使用LPG，主打的是由一般車輛改裝成為「油氣雙燃料車」，優點是改裝過程容易，而且在車輛剛啟動時或是爬坡時可以手動切換為汽油。但由於這種作法需要佔據車身內額外的空間(通常是後車廂)放置儲氣鋼瓶，因此比較不為一般消費者接受，採納者多是對燃料價格敏感的計程車司機。至於許多消費者擔心的安全性問題，事實上過去發生的爆炸意外究其原因多是改裝過程不符規範所致，技術人員若都能按標準程序施工即可避免；加上近年來越來越多鋼瓶對於承受撞擊有特殊設計，在某些試驗條件下 甚至比汽油車的油箱還要穩定。然而這幾年政府政策搖擺，既在2008宣布要鼓勵計程車全面改裝，又在2010年取消燃料購買的補助，瓦斯車在台灣的發展前景並不樂觀。
小結
這篇文章介紹的丁醇車還不成熟、甲醇車逐漸凋零，瓦斯車則是前途不明(在台灣)，但它們仍然具有價值。如我們在以前的文章中提過的，要完全取代汽油與柴油的龐大用量是個非常艱困的目標，必須要多管齊下。具有酒精生產優勢的國家當然有利發展彈性燃料車，盛產天然氣的地區則可以多推動瓦斯車；丁醇車輛缺乏後勤系統支援，但可以從軍事用途、航太用途切入，摸石子過河。下一篇文章，我們將向各位介紹氫氣車(燃料電池車)，繼續探索生質燃料的未來發展。
註釋
1. 「添加100%丁醇不需改造車輛」這一點多是由生質丁醇的擁護者提出，然而目前能佐證的相關試驗有限，也還沒有車輛製造商為此背書。美國環保署(EPA)的現行規範是一般車輛最高可以使用含有11.5%(v/v)生質丁醇的汽油。
2. 目前生質丁醇的製造是透過一種特定的發酵作用，然而丁醇自己卻是這種發酵作用的抑制劑，大幅影響生產速率，因此必須要不斷將丁醇移出。產出的丁醇溶液濃度太低、純化過程需要耗費許多能量，是當前製造丁醇的兩大難題。
3. 除了製程問題與後勤問題外，生質丁醇與生質酒精互相競爭也是一個難題。雖然有部分生質酒精製造商投入生質丁醇的發展，但其他資本有限的生質酒精製造商很可能不願意投入，甚至會杯葛、阻擋這項分食生質燃料市場的產品。最後或許需要政府政策的干預，才能平息它們之間的衝突。
4. 低成本的甲醇一般還是由天然氣製造，因此嚴格說來不能算是「生質能源」。
相關文章
汽車與生質燃料(一) 美國汽油名稱的數值比較低？淺談汽油
汽車與生質燃料(二) 我的車可否加酒精？彈性燃料車
汽車與生質燃料(三) 什麼車可以加生質柴油？
汽車與生質燃料(四) 油電混合車
汽車與生質燃料(六) 燃料電池車
汽車與生質燃料(七) 結語
Gevo與Butamax的生質丁醇專利大戰
沒有留言:
張貼留言