美國生物燃油的推廣近況

陳立宗

台美基金會前會長, MIT博士, 航太工程師

     這次卡崔納颶風重創美國紐奧良市後﹐又再度引爆美國能源危機的緊迫性。能源問題早已全球化﹐因此台灣也不能置身於外。在以後的五十年﹐全球各國的能源政策將會大大改觀。適者生存﹐不適者淘 汰。

     筆者經常出差到美國明尼蘇達州聖保羅市﹐認識當地的同鄉FAPA分會會長王贊綸先生。與他經常交換經營理念﹐獲益良多。幾個月前得知他在明州進行生物煉油廠的研發工作﹐甚感興趣。這與我這十多年來關心台灣的能源和環保政策之心相吻合。王會長目前是明州的美國國會眾議員辜內奇(Gil Gutknecht; Chairman of Subcommittee of Agriculture Committee) 的顧問。 正協助他 推廣生物煉油。有了這些關係和興 趣﹐筆者開始收集了不少生物煉油廠的資料﹐寫在這裡﹐供大家參考。

     首先令我吃驚的是﹐到2003年美國生產的生物能源﹐包括生物燃料油﹐的總產能已達美國再生能源的一半以上﹐產值大於風力發電和太陽能發電的總和。許多人也許還不清楚甚麼是生物燃油。很多到中西部旅行的人可能都不知道他們在中西部開車時所用的汽油有一半以上都加了5%到15%的生物燃油。目前美國的生物燃油的產量已達到每年30億加倫﹐超過美國國內能源生產總值的4%。生物燃油是由植物提煉出來﹐不會殘留不能化解的有毒物﹐又因為含有氧分子﹐當燃料使用時可以完全燃燒﹐不會產生一氧化碳﹐是非常符合環保的再生能源。目前大多數的生物燃油是由動物食用的玉米提煉而成﹐因此在中西部發展出相當大規模的生物煉油廠。明州目前有16座﹐佔全美國52座的四分之一﹐是生物煉油的最大州。明州也是中西部的農業大州﹐同時有很好的工商業基礎﹐全美專利產品最多的前三名的 3M,全世界穀物 和食品交易的最大私人公司 CarGill﹐ 和全美 最大的電子產品聯鎖 店 Best Buy都是在明州起家。明州很自然 地成了美國生物燃油 的發源地和最大州。

     目前美國最主要的生物燃油是Ethanol乙醇(酒精)﹐大多數是由玉米提煉出來。近半世紀來﹐美國工業突飛猛進﹐農業人口不斷外移﹐形成農業荒地的問題。因此﹐美國聯邦政府從1900年開始就有農業補助條款﹐每年提供數額龐大的農業補助款﹐為了提倡乙醇的生產﹐聯邦政府提供每加侖5.3分的石油稅的減免。各州的州政府也有不同的優惠﹐譬如明州提供每加侖20分的稅金減免﹐Wyoming州提供每加侖40分的稅金減免﹐ Montana州提供每加侖30分的稅金減免。聯邦政府加 上各 地州政府的稅金減免已漸漸讓乙醇成為最有競爭力的汽油添加物 。1990年美國聯邦政府通過空氣清潔條款﹐要求空氣污染嚴重的10個州(包括加州)要使用有氧分子的汽油添加物﹐以減少汽車和大眾運輸交通車所排出的一氧化碳和燃燒不完全的有毒排氣物。目前美國有超過30%的汽油都使用了5%到20%的有氧添加物。但是目前使用最多的有氧添加物是MTBE﹐達87%之多。雖然MTBE解決了空氣污染的一部份﹐但卻引起了另外一種地下水污染的問題。因為MTBE也含有致癌元素﹐且不能完全分解﹐因而殘留在路面﹐最終滲入地下水。乙醇是最好的有氧添加物﹐乙醇沒有毒﹐可自然生物分解﹐因此不會造成水污染。很多州已要求把MTBE的添加物在一段時間後完全禁用。這將使乙醇添加物的需求繼續大幅成長。明州為了促進玉米的農業生產﹐更在今年提出全明州的汽油要在幾年內把乙醇添加的百分比由10%提高到20%。中西部很多州也會在短期內跟進。

     除了使用玉米提煉乙醇外﹐有些州也採用大麥﹐小麥﹐馬鈴薯的殘渣﹐乳酪﹐釀酒渣等來提煉乙醇。因為大部份的植物﹐樹木都是糖分子鏈連串成的。因此可經過適當的發酵和分解﹐把糖分子鏈打斷分解出糖分子﹐而提煉出乙醇。這幾年美國能源部撥出大筆研究經費來找出低成本的乙醇提煉方法。其中包括培養黴菌﹐細菌和大量生產低成本的酵母﹐用來分解植物細胞成糖分子。目前已有很明顯的績效﹐新的科技可把這些酵母的製造成本降低了近十倍。以後幾年的目標是要再降低十倍的成本。達成這個目標後﹐乙醇的製造將可大量採用玉米以外的植木物為原料﹐包括採用很多城市生活中的植物廢棄物﹐和森林的殘積物﹐或是成長很快的植物。乙醇的產量將可大增﹐同時配合汽油的使用﹐將會大大減少空氣污染和進口原油的需求。

     另一項很成功的生物燃油是〝生物柴油〞。生物柴油是把甲醇(Methanol)加進廚房用過的炸油﹐黃豆油﹐其他植物油﹐或是動物脂肪油而合成。生物柴油的排氣污染只有柴油的一半﹐產生的致癌元素只有一般柴油的10%﹐也幾乎沒有一般柴油產出的惡臭﹐有些反而會產出類似炸薯條的香味。這些優點促使美國〝生物柴油〞的生產每年倍數成長﹐2000年只生產7百萬加侖﹐2001年跳躍到2千萬加侖﹐2004年更加倍到2億加侖。大概可供應十萬輛卡車一年使用。目前大型的生物煉油廠有三十多家﹐另外有相同數目的新廠正在計劃建廠中。

     為了加快生物柴油的推廣﹐美國聯邦政府於2004年秋季通過了生物柴油的減稅優惠辦法。每生物柴油含量的百比點可享受一分錢的減稅。明州州政府又走在全國的最前端﹐於今年開始規定全州的柴油至少要含有2%以上的生物柴油。

     同時﹐為了減少柴油的含硫百分比﹐美國聯邦又規定2006年以後﹐普通柴油的含硫量要低於15ppm。含硫量高的柴油會產生高惡臭的排氣和致癌元素的排出。目前使用的柴油的含硫標準是500ppm。含硫低的普通柴油的潤滑性較低﹐而生物柴油的潤滑性非常好。若是加入2%以上的生物柴油﹐可以改善普通低硫柴油的潤滑性。這項新的聯邦空氣清潔條款加上新的減稅優惠將大大提高生物柴油的推廣。美國軍方是目前生物柴油的最大客戶。各州的州政府﹐包括有全美100多個學區也積極採用生物柴油。民間的使用者在這幾年也倍數增長。這些都是形成今天美國生物柴油煉油廠的商機。

     為了永續發展﹐發展生物燃料是非常重要的﹐因為生物燃料符合現代環保要求。油的產生是植物經過太陽和空氣的光合作用﹐把空氣中的二氧化碳吸收後轉換成植物體內的油。這些油被動物吃下後﹐變成動物體內的脂肪油。若把這些不同的油加入甲醇轉變成生物柴油﹐經燃燒產生能源。同時釋放出來的二氧化碳﹐可再經植物的吸收來完成大自然的生物循環。這樣年復一年的進行而達到能源再生﹐永續生存的目的。今天全球的石油將在五十年內接近枯竭﹐因此發展再生能源刻不容緩。

     世界各國因地緣﹐地理位置和自然資源的分配不同而有不同的再生能源政策。譬如北歐國家﹐德國﹐荷蘭偏重風力發電的開發。日本的汽電混合車的開發領先世界各國。美國在太陽能發電﹐風力發電﹐氫燃料電池﹐和氫能源的開發各有非凡的成績。美國是工業大國﹐也是農業大國。一方面要降低對阿拉伯國家進口石油的依賴性﹐一方面要補助偏遠農村的農業發展﹐以拉平城鄉間的經濟落差。大力發展生物燃油符合美國利益。因此這幾年聯邦和各地州政府不斷通過各種優惠條款來推廣生物燃料。推廣生物燃料的的成績反而後來居上。

     台灣在過去三﹐四十年建立的農業科技﹐基礎醫學﹐和最近的生物科技已有很好的基礎。若能好好整合這些科技人才和過去積累的經驗﹐也能籍生物燃料的發展來減少對進口石油的依賴﹐和提昇環保標準以達永續生存的理想。