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1.     生質能簡介

近年來由於二氧化碳等會造成溫室效應的氣體排放遽增，引起全球暖化現象，使得熱污染問題廣受重視，於是如何尋求新且潔淨的生質能以供未來使用，乃成為一個重要的議題。根據國際能源總署的統計，目前生質能是全球第四大能源，僅次於石油、煤及天然氣。生質能供應全球約14%的初級能源需求，也提供了開發中國家35%的能源，是目前最廣泛使用的再生能源。

2.1 生質柴油製備

生質柴油係利用各種植物油脂製成，如大豆油（黃豆油）、玉米油、棕櫚油、或動物油脂，均可做為其原料。植物油脂係由90~95%的甘油酯(Glycerine)與脂肪酸(Fatty acid)組成，配合醇類（甲醇、乙醇）經轉酯化反應(Transesterification Reaction)製 造，產物為脂肪酸甲酯（或乙酯）及甘油，因為兩者不互溶，甘油會沉在底部，上層便是脂肪酸甲酯，再以蒸餾去除未反應完全之油脂即得生質柴油，其中脂肪酸甲 酯的運用性質與石化柴油非常接近。因生質柴油係由動、植物油脂製成，具有能源再生性、生物可分解性與低污染性，可減少空氣污染，且其性質與柴油接近可直接 使用在柴油引擎上，或作為柴油燃料的添加劑，不需更改任何引擎設計與設備等優點，目前已成為世界各國積極發展的替代能源之ㄧ。

目前在利用植物油脂製備生質柴油的過程中，如何有效降低油脂的黏度以直接用於柴油引擎為重要的研究工作之ㄧ。為了降低黏度，常用的方法有稀釋(Dilution)、熱分解(Pyrolysis)、微細乳化(Micro-emulsion)、以及轉酯化(Transesterification)等 技術方法予以達成。植物油脂的稀釋可使用柴油或溶劑（如醇類）等予以混合稀釋即可；熱分解方法則須另經高溫加熱裂解，猶如石油原油經裂解過程以產生柴油， 甚為麻煩而且成本亦高；植物油脂的微細乳化過程係採用乳化劑，使液體（油脂）有效分散的系統，以利不易混合的液體（油脂）成為比膠體(Colloid)更微細的液體粒子，使之改善噴霧特性而易引起在引擎氣缸內點火燃燒，以提升引擎運轉效率。

2.2 轉酯化(Transesterification)反應

轉脂化反應是目前最普遍的利用植物油做為車用燃料的方法，其反應方程式如圖1所示。基本上這是個簡單的化學反應，但必須在適當的觸媒存在下方能進行，為了增加產率，通常都會過量添加低碳數醇類，如甲醇或乙醇，醇類的碳數越少反應越容易進行。所用的觸媒是轉酯化反應最重要的關鍵，可用觸媒有強鹼（NaOH、KOH等）、 強酸（硫酸、鹽酸）、和生物觸媒。目前工業化的製程都為強鹼製程，因為強鹼製程反應快技術也最為成熟。但強鹼製程的缺點為反應物必須非常精純，必須無水， 如有水分混入都會使反應轉為皂化反應，亦即形成令人頭痛的副產品脂肪酸納（肥皂）使整體轉化率降低與生質柴油回收純化困難。

此外，原料油酯中的游離脂肪酸(Free fatty acid)含 量不能太高，因為游離脂肪酸不會形成生質柴油，而會先與強鹼反應直接變為肥皂，同時造成強鹼不足的情形發生。原本估計反應所需的強鹼，因為與游離脂肪酸反 應，變成觸媒的量不夠而無法完全反應，因此必須進行觸媒量的添加計算，即所謂的酸價補償，依照游離脂肪酸含量決定強鹼的添加量。一般來說，強鹼製程的原料 （醇類與油脂合計）所含水分必須小於0.06%，油脂所含游離脂肪酸必須小於0.5%。

水 和游離脂肪酸的含量限制對於強鹼製程使用較便宜的原料來生產生質柴油造成困擾，因為完全無水的醇類成本相當高，尤其是乙醇，所以強鹼製程幾乎只能使用較便 宜的甲醇做原料。從動植物壓榨出來的油脂難免含有游離脂肪酸，必須加以精緻純化；而油炸過的廢食用油同時含有水分與游離脂肪酸，更不能直接用強鹼製程轉化 成生質柴油。如果要用強鹼製程則必須先對反應物加以純化，以去除水分和游離脂肪酸。

水 分與游離脂肪酸含量過高的情形，可用強酸製程來處理，強酸製程的雜質容忍度較高，但反應複雜緩慢，幾乎沒有工業化的製程，但可考慮將強酸和強鹼製程串聯， 先用強酸製程反應去除部分的雜質，純化後再進行強鹼製程，不過該種方式成本較高。因此目前工業界大規模量產生質柴油的方式多採用強鹼製程，以精緻的純植物 油為原料。另外，轉酯化反應的副產品甘油，經分離純化後是一種高價值的產品，在醫療、化妝品、特用化學品、與國防工業上都有重要的應用。