報告名稱：重油水混合燃料燃燒之機理及其效益.doc

報告名稱：重油/水混合燃料燃燒之機理及其效益班級：化材三甲 學號：49840015 姓名：黃在偉地球上有限的能源，在人類過度的消耗之下，漸漸有枯竭的危機，加上世界人口的激增、工業的發展，更是加快了能源消耗的速度。在19821990這幾年間，世界能源的總需求量年平均成長率高達2.6%。2002年消耗量約為94.05億噸石油當量。國際能源總署(IEA)在世界能源預測2002報告中指出，在未來的30年間，能源的需求增幅為每年1.7%，至2030年，能源年需求量將到達153億噸石油當量。由於化石燃料燃燒產生大量二氧化碳，造成地球表面溫度上升、冰山融化、危害野生生物棲息地，皆是無法挽回的環境破壞。為解決日益嚴重的地球暖化問題，減少二氧化碳排放量、尋找石油替代能源是當前國際社會共同努力的目標。二氧化碳主要排放源來自於發電、運輸工具、工業需求，其中以運輸工具為最大宗，故改良運輸工具之動力來源為未來趨勢。目前各式各樣運輸工具所使用的動力輸出裝置為內燃機，主要燃料為石油產物，在地球石油資源日益減少、溫室效應日益嚴重的今天，思考如何減少石油使用量及二氧化碳排放量已經是當務之急。許多汽車製造公司聚焦在發展純電動車、燃料電池車及油電混合車。然而，仍然有許多研究者聚焦在發展使用水為燃料的車輛動力引擎。根據日本Genepax公司指出，1公升水可以使小型的水燃料汽車以時速80公里跑1小時，也就是1公升水可以跑80公里，而排放出的廢氣僅有水蒸氣。美國Meyer先生發明一水燃料車，一加侖水可跑100英哩。美國Ronn Motors公司則發展出一款名為Scorpion的水燃料汽車，原理類似於Genepax公司的水燃料汽車，每加侖水可使汽車跑40英哩。而Kelly先生則發展出每加侖在市區中可跑47英哩，而高速行駛則是67英哩的水燃料汽車。車用氫氧機是以水做原料，電解產生氫氣、氧氣當燃料，例如100c . c .的水，經由氫氧機處理後，就能產生能量驅車上路；於2009年，該公司發展出車用氫油節能設備(EP-C100氫油節能設備)，將高雄市公車改為氫氣與柴油雙燃料，為2009世界運動會的宣傳公車。在高雄市公車試用獲得肯定，用水取代約15%柴油，可大幅降低二氧化碳排放量，減少環境傷害。廖坤祈等人則針對純水燃料汽車之二氧化碳排放量與成本評估進行研究。本文先介紹水混合燃料汽車的概念，接著計算純水燃料車的二氧化碳排放量，並與化石燃料車進行二氧化碳排放量的比較。最後，介紹水混合燃料汽車在台灣發展情況，並估計節省能源與降低二氧化碳排放量之測試結果。水混合燃料汽車水燃料汽車運作原理，主要是利用電池儲存或電力公司所提供的電力，將儲水裝置裡的水電解後，將產生的氫氧氣儲存，使用時再將氫氧氣導入引擎，藉由氫氧氣燃燒產生的動力來推動引擎，燃燒後的產物僅有水，故車輛在行走過程中不會排放二氧化碳。但外部提供電力還是會排放二氧化碳。水 混 合 燃 料 汽 車 用 電 池 所 提 供 的 電 力 ，將儲水裝置裡的水電解後，將產生的氫氧氣導入引擎，與汽油或柴油混合當燃料，藉由混合氫氧氣的油氣燃燒產生的動力來推動引擎。不同於純水燃料汽車要依賴外部提供電力來電解水，水混合燃料汽車使用車輛引擎所帶動的發電機電池提供的額外電力來電解水。因此水混合燃料汽車具有節省能源與降低二氧化碳排放量之潛能。水混合燃料汽車包含氫氧機(oxy-hydrogengenerator)、控制單元(control unit)、連接氣管路程(connection pipe)及連接電線(electricity line)等元件。水混合燃料汽車運作原理而氫氧機、控制單元、連接氣管路程及連接電線等元件，只需花費很少之時間，既可很容易再製造安裝在現有任何使用中之化石燃料車輛。當水混合燃料汽車將水電解後，產生的氫氧氣導入引擎，與汽油或柴油混合時，藉由氫氧氣創造的燃燒連鎖反應，使燃燒更清潔與更完整。因此，水混合燃料汽車除可增加燃料里程數與馬力，節省能源與降低二氧化碳排放量外，更可將引擎氣缸的積碳排乾淨，且降低NOx氣體排放量。然而現今一般工業以固體高分子聚合物電解法製水所產生每立方公尺的氫氣約消耗4.55.5 k Wh的電，因為轉換效率不到80%。且知需要41.9莫耳的水，約為754克，故電解一公升(一公斤)水至少需4.5/0.754=5.970kWh的能量。以台灣2007年電力排放係數來看，發一度電(千瓦小時)則排放出0.637公斤的二氧化碳，故電解一公升水則會至少產生5.9700.637=3.802公斤的二氧化碳。現今我們一般使用的汽油一公升產生2.24公斤二氧化碳，而柴油一公升則產生2.7公斤二氧化碳。若以可行駛的里程數來看，根據Kelly目前所發展出來的水燃料汽車每加侖的水在市區可跑47英哩，約為每公升水可行駛19.9公里的資訊，可算出水燃料汽車行駛100公里之二氧化碳排放量為19.1公斤。而各國發一度電(千瓦小時)所排放出的二氧化碳量均不同，因此純水燃料汽車在不同國家行駛所排放出的二氧化碳量均不同，純水燃料汽車在台灣、美國、德國及法國行駛100公里之二氧化碳排放量比較。可知純水燃料汽車在法國行駛100公里之二氧化碳排放量只有2.7公斤，約只有在台灣行駛的七分之一二氧化碳排放量，這可理解因法國使用較大比例核能發電，每發一度電所排放出的二氧化碳量非常小。國家行駛100公里二氧化碳排放量(kg CO2)台灣 19.1 美國 17.1 德國 10.5 法國 2.7水燃料汽車在不同國家行駛100公里之二氧化碳排放量比較(單位：公斤)純水燃料汽車與化石燃料 汽 車 之 二 氧 化 碳 排 放量比較而Kelly目前所發展出來的水燃料汽車每加侖水在高速公路則可跑67英哩，約為每公升水行駛28.3公里，和美國FTP-75測試程序排名之參考車型名單、一般國產商用車，以及歐盟所訂的排碳量標準做比較，計算其二氧化碳排放量。美國目前所發展的8 cylinder4WD水燃料汽車不論是在市區或是高速公路，二氧化碳排放量均小於目前一般的化石燃料汽車，但仍大於小型汽車或歐盟所訂出來的標準。在台灣行駛純水燃料汽車對降低二氧化碳排放量之效果不甚明顯，除非電解水的電是由太陽能或風力發電提供。但在每發一度電所排放出的二氧化碳量非常小的國家，如法國、冰島及瑞典，純水燃料汽車是很適合發展推廣。而相互比較之下，水混合燃料汽車使用車輛引擎所帶動的發電機電池提供的額外電力來電解水，非常具有節省能源與降低二氧化碳排放量之潛能，尤其在台灣。水混合燃料汽車在台灣發展情況2009年發展出車用氫油節能設備(EP-C100水混燃料系統)，首先安裝於高雄市公車，將高雄市公車改為氫氣與柴油雙燃料，並作為2009世界運動會的宣傳公車。水混合燃料汽車在高雄市公車試用獲得肯定，安裝水混合燃料汽車系統的高雄市公車。EP-C100水混燃料系統亦安裝於國內許多公司車輛中，如今喜旅行社遊覽車、首都客運、台北客運、大都會客運、國光客運巴士、高雄市公車168環線等。另外，世界各國，如韓國、荷蘭、美國、墨西哥、馬來西亞、泰國及中國都有在嘗試安裝EP-C100水混燃料系統試用或使用中。EP-C100水混燃料系統可安裝於巴士之行李箱中，一般小轎車則可安裝於後座行李箱中，並不會佔用很大的空間，安裝再製造所費的時間不多。除了可具有節省能源與降低二氧化碳排放量之潛能外，亦可清除引擎氣缸積碳，延長車輛引擎壽命。同時水混合燃料汽車因不用儲存氫氣與氧氣，較燃料電池車安全。而安裝水混合燃料汽車系統的高雄市公車測試結果。分別統計2009年(有安裝水混合燃料汽車系統)、2008年及2007年同一部高雄市公車，在各年度一月份到三月份的行駛距離與柴油加油量，算出各年度燃料里程數。發現有安裝水混合燃料汽車系統的2009年與沒有安裝水混合燃料汽車系統的2008年及2007年比較，節省柴油用量分別為10.17%與17.92%。另由車輛測試中心(ARTC)測試安裝水混合燃料汽車系統的高雄市公車的引擎馬力由105 hp增加到112.4 hp，約增加7 %馬力。若以水混合燃料公車節省柴油用量約15%估算，水混合燃料公車一年可節省約2,500公升柴油與降低6.7公噸二氧化碳排放量。本文介紹水混合燃料汽車的概念，計算出純水燃料車的二氧化碳排放量，並與化石燃料車進行二氧化碳排放量的比較。雖然在台灣行駛純水燃料汽車對降低二氧化碳排放量之效果不甚明顯，除非電解水的電是由太陽能或風力發電提供，但水混合燃料汽車在台灣非常具有節省能源與降低二氧化碳排放量之潛能。最後 ， 由水混合燃料汽車在高雄市公車測試結果，可估計節省能源約15%與增7 %引 擎馬力。水混合燃料公車一年可節省約2,500公升柴油與降低6.7公噸二氧化碳排放量。水混合燃料汽車技術實為非常適合推廣之節能減碳技術。參考文獻1.廖坤祈、張銘峰、戴嘉佑、蔡宗翰、陳家豪，水燃料汽車與空氣動力汽車之二氧化碳排放量與成本評估研究，化工技術，第18卷，第7期，148-158頁，2010年。2.Genepax, http:/www.genepax.co.jp/.3.S. A. Meyer, “Water Fuel Cell: The Birth of NewTechnology”, /pdf.files/preface.pdf, 1995.4.Ronn Motors, /cms/.5.P J. Kell