030514-1W

103

992 千元

2014/08/05

2015/08/06

蔡建雄

屏東縣政府環境保護局

王雅鳳

國立屏東科技大學

大氣空氣

二甲醚、沼氣、天然氣、雙燃料引擎(DDF)

林秋豐；曾全佑

陳宥榛

08-7703202#7463

mindy9575003@gmail.com

臺灣 2014 年豬隻約為 554 萬頭(農委會，2014)，其中屏東縣為主要養豬的區域之一。屏東縣約有 1,867 養豬場，畜養約 127 萬頭豬。豬舍依照糞便清除方式大都使用大量清水沖洗，每天產生之廢水量極其可觀，造成龐大的污染與環境負擔。此外，養豬廢水中富含豐富的有機物質，包括多醣類、脂質、蛋白質與無機物質，經厭氧發酵後將產生沼氣。沼氣中因含45~75% 的甲烷，若不加以處理而認其逸散到大氣當中則會造成比二氧化碳更嚴重數十倍的溫室效應，因此，環保單位積極尋找可行的策略來減少其影響，而甲烷熱值大約為 5,300 kcal/m3，可直接燃燒產生熱能或發電等用途。以屏東縣 127 萬頭豬而言，推估可產出甲烷約3,355 萬立方公尺/年。因此，屏東縣環保局除了積極管制豬糞廢水之排放之外，更積極輔導養豬廢水產生沼氣再利用之產業，例如位於屏東縣內的央畜牧場每年處理約 2 萬 5 千頭豬糞廢水(全縣 2%)，產出沼氣經脫硫後再應用於發電，每年發電量約 144 萬度。然而，因為台電購電價格過低，沼氣發電的經濟誘因不足，而無法進一步擴大規模。因此，環保署與屏東縣環保局努力尋找沼氣的其他用途。而因為國際上甲烷的應用出路之一為柴油車輛的燃料，因此成立本先導型計畫，評估沼氣純化成為甲烷應用於柴油車輛的可行推廣模式與相關的技術問題，期望以經濟誘因，促使業者樂於設置沼氣蒐集以及純化設施來獲得可應用於柴油車上的燃料。 本計畫首先調查中央畜牧場所生產之甲烷含硫量，然後進行進行脫硫設備的評估，以提供未來相關單位進行實際量產設施建置之參考。同時進行使用中柴油車改裝為天然氣與柴油於柴油引擎混合燃燒之系統之相關問題探討，透過引擎的改裝測試進行性能評估之後再針對現行的垃圾車進行改裝與實車測試，並依據污染排放測試結果進行後續調整及經濟效益與可行性評估。此外，由於政府同時尋找其他適合應用於柴油車上的清潔燃料，而二甲醚為國際上積極研究測試之柴油引擎替代清潔燃料之一，因此本計畫也探討以二甲醚作為車用燃料之可行性。 本計畫以一年的時間共完成下列 3 個主要項目之評估:沼氣脫硫與純化設備之評估、沼氣與柴油混合燃燒相關技術之評估、以及國內推行以二甲醚作為車用燃料之可行性與成本效益評估。主要工作項目包括: (1)以二甲醚作為車用燃料之可行性與成本效益、(2)沼氣脫硫純化設備的評估、(3)使用中柴油引擎改裝雙燃料、(4)垃圾車改裝雙燃料、(5)柴油引擎混燒系統污染排放測試、(6)使用中柴油車混燒系統污染排放測試、(7)柴油引擎車改裝成為沼氣燃料與柴油混燒之技術問題評估。 結論與建議: 1.沼氣脫硫與純化設備：本計畫探討眾多純化與脫硫技術，認為生物濾床技術為佳，不僅建置成本較低且硫化氫的去除率高，加上生物菌透過淋洗後會再生成，而淋洗後的廢水可以灌溉，並不會造成二次汙染情形。計畫中以屏東縣中央畜牧場為試驗場域，該場域原有一座生物脫硫塔，甲烷濃度僅有 60%，且硫化氫高達 200-300ppm，並不符柴油車之使用。故本計畫協助其進行設計改善，經過加裝第二座生物脫硫塔後，以串連方式脫硫，硫化氫則可降至 10ppm 以內，甚至趨近於 0ppm，但甲烷濃度只可提高至 65.5%。因此，本計畫團隊為提升甲烷濃度，進一步設計一套實驗室等級的活性碳式純化設備來達成目的。實驗結果顯示，以中央畜牧場沼氣經由生物濾床技術處理後之含甲烷 65.5%沼氣作為實驗，結果顯示，若要處理中央畜牧場所產生的 2,800 L/天沼氣量，只需要 63 kg/天的活性碳就獲得純度 90%的甲烷。因此，本計劃評估要將中央畜牧場的沼氣品質提升至 10 ppm 以下以及甲烷濃度 90%於技術上是可行的。 目前，中央畜牧場脫硫塔的運作模式為兩座生物脫硫塔同時進行脫硫，在脫硫塔飽和時必須進行淋洗，導致產生空窗期，此時硫化氫濃度會上升，未來可以加裝第三支脫硫塔，以輪流淋洗之方式，補足淋洗時間硫化氫瞬間上升的缺失。 2.柴油車使用沼氣與柴油混合燃燒之可行性：本計畫引進荷蘭 Prins 公司之天然氣與柴油雙燃料設備DDF(Diesel Dual Fuel)噴油系統，分別將一部引擎與一部垃圾車改裝成為 DDF，經調校後測試其汙染及性能。測試結果顯示，雙燃料系統與技術改裝使用於使用中柴油引擎能夠穩定運轉，在污染排放方面，雙燃料混燒相較於全柴油 NOx 排放量約略相當，HC 較高，但 PM 則可降低。結果顯示，若欲降低汙染排放並且馬力不致降低，針對不同狀況的使用中引擎，於改裝後都必須在引擎動力計上進行完整的調教與測試程序。此一過程需要較高的經費，必須編列足夠的預算。 未來若要推行 DDF 系統，國內目前壓縮天然氣車輛之安全管理制度已大致完備，但由於天然氣車輛之推廣與管理涉及的層面較廣，仍有下列尚待解決之問題：CNG 車輛改裝廠目前尚無法規規範、CNG 車輛改裝人員之訓練目前尚無法規規範、CNG 燃料系統及零組件尚無國內之檢驗標準、CNG 車輛之耗能與噪音尚無相關法規規範等。 3.推行二甲醚作為車用燃料之可行性：經由本計畫評估，目前推行以二甲醚作為車用燃料之可行性不高，若未來政府欲推行則在行政可行性(法規層面)、技術可行性(共軌噴射引擎)、及燃料的供應方面，必須有完備的規劃。 本計畫團隊經由國外二甲醚運行經驗，並檢視國內相關之法規、技術、及經濟可行性，評估是否適合推行二甲醚作為車用燃料。在行政可行性方面(法規層面)，我國尚未針對二甲醚作為車用燃料有一完備之法規規範，而要制定或修正法規亦需要取得更多資訊與技術上的建立，因此本計畫判定行政可行性暫不可行的；技術可行性方面，我國已有將柴油引擎改為二甲醚引擎的研究實例，將柴油引擎與 LPG 引擎改裝為二甲醚引擎，但並未經過實車驗證之可靠度測試，其適用性仍有待驗證，此外，較新型的共軌式噴射系統在台灣仍無法突破，而國外雖有相關系統安裝於實車上進行測試，但都尚未引進國內進行本國之驗證，綜合上述的狀況，我國尚未有驗證過的系統來進行二甲醚於柴油上的使用；經濟可行性則可分為燃料經濟可行性與設備經濟可行性，燃料部分由於因國內生產二甲醚的公司極為少數，依照美國與中東的製程設備成本來看，設備成本相當高，且除了設備成本外，油價也是重要的分析依據， 1.8 公升的二甲醚與 1 公升的柴油熱量相當，因此柴油油價必須高於二甲醚 1.8 倍以上才具競爭力，顯然目前我國若生產二甲醚還不具備和柴油競爭的優勢，另外就設備，共軌式噴射系統之引擎目前我國尚無法達成，而若以非共軌式噴射系統尚屬可行。 4.沼氣應用於柴油車輛之永續性模式分析：本計畫經由市場供給與需求的基礎下分析本計畫沼氣作為車用燃料之永續性模式，供給端是以屏東縣目前以沼氣作為發電之畜牧場為統計的依據，需求端則是屏東縣各鄉公所清潔隊垃圾車。依據需求端之需求量，即垃圾車每月所需要的柴油及天然氣量，進而分析畜牧場的設備成本及供給量是否足夠且添加設備後是否符合成本效益。而根據前述使用中柴油車改裝測試的結果顯示，本案的計算是在屏東縣的垃圾車皆為新購車輛的假設下進行，否則必須另外考慮使用中車輛必須逐車進行改裝調教的費用與技術能力。 本計畫經分析屏東縣垃圾車的運作模式後，提出 2 個供給模式，模式一為將加氣站設置於焚化爐由垃圾車自行前往加氣，模式二為將加氣站設置於畜牧場。同時，在分別計算 26%取代率以及 80%取代率的情況下，再經考量地理位置及供給量的充足，本計畫認為在80%天然氣取代率下模式二的營運模式將可創造業者的利潤，但業者的規模必須夠大到能夠提供足夠的沼氣量，過小規模的業者仍然如法產生經濟效益，以屏東縣而言，本計畫認為中央畜牧場與台糖四林畜牧場的規模加上營運模式二的形式，有機會創造其利潤而吸引業者投入。

二甲醚、沼氣、天然氣、雙燃料引擎(DDF)

二甲醚暨沼氣作為車輛燃料可行性評估計畫(定稿本).pdf

17MB

2015/11/1 上午 12:00:00