水黃皮油－新的生質能源（一）

舊稿，承羅漢強教授抬愛，惠予修改後又轉請柯淳涵教授改寫，登在「中華林學季刊」更名為「水黃皮油作為生質能源之潛力回顧」，又承王亞男教授不棄，同意共同列名發表，謹此致上萬分感謝。原文有些錯誤加上如今認識不同，故改寫後貼此。

摘要    

    水黃皮（Pongamia Pinnata）樹籽油（下簡稱水黃皮油）可以作油燈及油爐的燃料，供開發中國家的未開發地區民眾使用，現在它又多了一項用途，可當作柴油引擎的燃料，既可以加工成為生質柴油，也可以在純植物油的狀態下直接作為引擎燃料。現在既有可以使用植物油為燃料的古董柴油引擎、略加改裝就能使用植物油的一般引擎、最新設計以植物油為主燃料的柴油引擎、以及專門為人修改車用柴油引擎為植物油引擎的公司。水黃皮是印度政府在推廣能源植物種植時指定種植的麻瘋樹（Jatropha curcas）以外唯一樹種。由於對植物油與生質柴油的巨大需求，需要大量種植含油種子樹木，將創造出了許多工商業機會如造林技術與管理、種苗繁殖、種子採收、脫殼、榨油機械及榨油廠整廠設備、植物油加工及豆渣加值處理等。

一、前言

水黃皮是台灣地區常見的熱帶闊葉植物，樹高10公尺左右或低於10公尺，它的樹葉光滑明亮，樹皮平滑不開裂，花與果實有特殊外型，花朵盛開時非常美麗，細小的花瓣落滿地面時很有詩意，是很討喜的樹木。種子有異味，誤食時會噁心嘔吐，因此不會中毒，也不能吃，連果蠅、果蟲也對它沒興趣，時常被當作路樹及公園的植栽，因為它會結果，而其果實木質纖維多，不易腐爛，而其外型扁平如腕豆，落在短草叢或有小草的泥土地上很難清掃，種植的地方不多，以台北市為例，在公園及路燈管理處管理的樹木當中，它只占2％左右。在印度，它是實用的樹木，它最大的賣點是在台灣被嫌棄的東西--果實。果實中的種子含油量很高，種子的產能也很高，比生質柴油的希望所在-麻瘋樹，有過之而無不及。它的環境功效也比麻瘋樹高，本文試就它在能源功效方面加以介紹。

二、材料與方法

（一）、傳統用途

在台灣它的功能很有限，最大的功能是海岸防風，此外就是觀賞。在開發中國家它有許多用途如：薪材、綠肥、民俗醫藥、穀倉驅蟲劑、染料，樹皮可以搓成繩索，及種子可以毒魚等，在它的原產地印度，很早就知道利用它的種子榨油作為油燈的燃料。

印度是能源進口國，它的原油大都是進口的，對於日益高漲的原油價格、能源自主的獨立性、環境惡化、農村凋敝等問題，它提出了一個生質燃油農村發展計畫（Biofuel Rural Development Initiative）作為綜合解決之道。該計畫在2003至2007年為第一階段示範專案期，2007－2012為推廣種植期，預定2017年時全國的生質汽、柴油都要占汽、柴油總用量的20％。在生質柴油部份，印度決定從多年生耐旱耐貧瘠土壤的油料樹種中，選出合適的油料作物作為生質柴油的料源。第一次被選出的油料作物是麻瘋樹與水黃皮兩種（台綜院）。日後會有其他經研究通過的油料作物加入入選行列，而目前，從2003年至今仍然只有麻瘋樹與水黃皮樹兩種官方推廣作物。在澳洲，水黃皮被研究，並視為有潛力的生質柴油主要來源。

（三）、水黃皮的生產力

在印度有人採拾水黃皮種子，也有人收集、轉售、榨油及加工作為潤滑油及肥皂，都是地區性的小規模商業行為，沒有專門種植為農作物的情形，所以有關的研究很少，它的產能都是根據推估而得，而它在印度被當作生質柴油的原料而開始研究也只有10年的歷史。

1、             種子產量，有一些數據如下：

（1）種子產量約為9－90㎏/pl（公斤/株），因而推估為種植密度100pl/ha（公頃），而採用優良品系時，推估產能為900－9,000㎏/ha（Duke 1983）。

（2）10,000㎏/ha（Shrinivasa  2001）

（3）12,500㎏/ha（CILR）

（4）10－250㎏/pl（Sreedevi）

（5）7,200㎏/ha（Kureel）

（6）＞8,000㎏/ha（Gogoi）

2、種子含油率

（1）種子含油率可達40/%（CILR）

（2）種子含油率：30－35%（Gogoi）

（3）種子含油率：27－40%（Wani）

（4）種子含油率：23.1－40.9％（Sreedevi）

（5）種子含油率：27－39％（Kureel）

3、每公頃產油量之估計。

（1）2,000㎏/ha（Duke）

（2）2500㎏/ha（Shrinivasa）

（3）5,000㎏/ha（CILR）

4、種樹成本

（1）種植距離5m×5m，密度400pl/ha

工資率：Rs60/MD（Rs，印度盧比，與美元之匯率常在$1＝Rs45左右，變動範圍在40至50之間，）

重植率：20%

前4年之種植成本各為Rs7035/1499/1050/1050/ha，合計前4年的種植成本為Rs10,584，第5年起每年之成本是Rs1,000/ha（Gogoi）

（2）前4年之種植成本各為Rs12595/4384/2915/2915/ha，合計前4年的種植成本為Rs22809。第5年以後的成本就是採收成本，工資為Rs60/工，每工的採收量為50㎏，另外要加10％準備金。（Kureel）

5、種樹收益

（1）種子的收益：印度各邦大都訂有種子保證收購價格，約從$0.11－0.14/㎏（Rs5.1－6.4/㎏）。麻瘋樹種子的價格為Rs7/㎏，水黃皮種子的價格只有Rs4/㎏（Kureel）

採拾來的水黃皮種子的價格最高只有Rs4/㎏，2008年在實驗情況下，可以賣到Rs7/㎏（Rai 2009）。種植密度為400pl/ha時，5至10年生樹的平均產能為3/3.5/4/5/6/8kg/pl，15年時產能大於20kg/pl，即大於8T/ha，20年時可以達到最大值。單價為Rs5/kg時，15年生的收入大於Rs80,000/ha （Gogoi）

報載印度政府已把麻瘋樹與水黃皮種子的收購價都調高為Rs10/kg。

（2）薪材的收益：可年產薪材5,000㎏/ha（Duke 1983），可製成甲烷氣及木炭作發電燃料或烹飪燃料，或直接作為烹飪燃料，也可以作為第二代生質能源「纖維質製乙醇」之原料。

（3）豆莢（殼）的收益：可年產豆莢11,000㎏/ha，功用如薪材。

（4）樹葉可做牛及羊的飼料以及綠肥。

（5）碳權的收入：若以每年二氧化碳吸收量20t/ha，單價為$10/t即有$200/ha的收入。

（6）苗圃的收入：嫩樹枝可以剪栽做成嫁接苗再養育成為樹苗出售。

（四）、實際作法：

推出許多小型示範計畫，在農村從教導農民使用植物油當引擎燃料，以驅動榨油機、發電機、灌溉水泵、衛生給水泵、磨麵粉機、牽引機、動力三輪車等動力機械，使農民確信種植油料作物是不愁沒有市場的。因已經加深對油料作物前途的信心，在推動農民種植油料作物時的阻力就少得多了。以下是一些示範計畫的簡要說明：

1.綜合性實驗示範計畫，這是早於2003年的先期實驗計畫。

主辦單位：印度科學研究院機械研究所的Sustainable Transformation of Rural Area（SuTRA）小組

地點：Karnataka邦的Kagganahalli地區的7個部落村莊

經費：約$500,000.

概述：

由政府提供二台小發電機（63KVA，約50KW），在40平方公里區域內鑿20口深水井並輔以供電網路，設立20㎞長3吋口徑的灌溉供水管路，及村落型的供電網。農民們則採拾當地含油種子賣給水電站，種子榨油作為發電機的燃料〈 Gopakumar〉，為了維護水源採售水制，每噸水售2.5盧比，並監視地下水位以防超抽。在開始的18個月內賣了40,000噸水，沒有買l滴柴油。農民們則種出了西瓜、桑樹、甘蔗與穀類作物。【參考資料：Honge oil proves to be a good biodiesel ，網路資料】

2.種樹、賣樹苗與榨油

主辦單位：International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics（ICRISAT）

地點：Powerguda, Adilabad District, Andhra Pradesh

概述；

主辦單位提供技術及資源教導農民培育苗圃、種植水黃皮樹，其他單位又贈送一台以植物油為燃料的榨油機，每小時可以處理種子50㎏。榨油廠既提供立即的工作機會（操作榨油機及採拾種子），又讓農民們可以用很低的價錢得到植物油與很優秀的生質肥料－豆渣。榨油廠以每公斤種子2盧比的價格代客榨油，農民們帶4㎏種子來並付給Rs8，即可帶回榨出的油約1L及豆渣約3㎏。在當地市場植物油的價格約Rs20/L（公升），豆渣的價格約Rs5/㎏，含油種子的價格是Rs4/㎏。）主辦單位教導與推廣農民用豆渣代替化肥，既可避免農地退化也有減碳效果。還教導民眾環保及減碳觀念，並協助農民作碳交易。（Wani）

3.提供小型發電機以水黃皮油為燃料

主辦單位：ICRISAT

概述：

主辦單位提供2台以植物油為燃料的引擎與7.5KVA發電機供應農家照明之用，每夜發電4小時供電10－12KWh，要用水黃皮油5-6L為燃料。在白天則可以發電驅動榨油機，水泵及磨麵粉機等機械。實驗計畫實行於Chalpada, Andhra Pradesh邦，邦政府則在100個村落複製該計畫。（Screedevi）

4.水黃皮樹種植推廣計畫

概述：

在Andhra Pradesh等兩個邦進行水黃皮樹種植推廣計畫，由Himalayan Institute of Yoga Science and Philosophy、Roshini Biotech Co、Rahul Medical Society等非政府組織主辦，似乎是標得政府的計畫的執行權。

Himalayan Institute是個由印度裔美國人發起的組織，他們的主要目的是向西方人介紹瑜珈術與東方文化，及人道援助落後地區，當然印度是重點站，他們很關心印度農村的危機。Roshini Biotech是以農業植物改良為業務的印度公司，他們的主要幹部也是喜馬拉雅學院在印度的要角。當他們獲知水黃皮的發展潛力之後立即看到了希望。水黃皮生長期較長，投資回收期長，樹身高大管理採收較難不易推廣。但是喜馬拉雅學院的人有深厚的民族情懷，他們緬懷從前印度農村部落的特性，那是許多封閉的小社區，它們幾乎都自給自足，村民們相互依賴合作，各取所需互通有無，沒有金錢交易，因此人民間都有特殊的情感。

這種情感己經被現代社會破壞了，人與人之間變得疏離，在災難不斷的情況下求生，更易使人對立。喜馬拉雅學院看到了水黃皮樹的綜合價值與社會價值，要以種植水黃皮樹的方式增加挽救農村的經濟，以自助團隊的方式合作種植水黃皮樹，以共同工作的方式重建昔日農村的人際關係。Roshini Biotech宣稱找到了增加產量與加速成熟的方法：把最佳品種的組織培養芽嫁接在成年水黃皮的根瘤之上，可以把開始結果時間從5－6年縮短為3年（似乎沒有成功，也沒有看到更新或道歉啟事）。他們辦了許多推廣說明會宣揚希望的所在：利用荒地及邊際地種植需水少、需肥料少、可耐旱、收益多、而且可以擺脫油價威脅、甚至可以隨石油價格高漲而同步獲利的水黃皮樹。成立訓練班訓練育苗、栽種、管理及採收等技術；成立苗圃供應低價的幼苗。幫助農民成立自助團隊及取得低利貸款資格。印度政府則給予種植水黃皮的農民們在沒有收入期間食米補助，及給予低利貸款。（Tigunait）工作結束後Tigunait寫了一篇報導文學體的【Seeds of Hope】登在Himalayan Institute的網站上，那是一篇感情豐富資料缺乏的文件。

成年的水黃皮會高達10公尺以上，純人工管理及採收都不是一個家庭的兩三個人就可以勝任的，一定要有一群有默契的夥伴才能勝任，要找幾個人合作一輩子甚至兩三代是風險很大的事。所以政府及投資者都把生長期較短，適於小家庭小規模種植的麻瘋樹當作推廣種植的首選樹種，而水黃皮樹就成了第二選擇。喜馬拉雅學院把村民合作公共造林造產工作拉高到文化傳承層次，就太過份了，把高大的果樹弄成「矮肥短」是種果樹的基本功，喜馬拉雅學院說了外行話。

5.含油種子收購及榨油中心－一個國際援助計畫：

主辦單位：Global Village Energy Partnership（GVEP 聯合國附屬機構）與Applied Environmental Research Foundation（AERF 印度的 NGO組織）

概述：

主辦單位提供70套設備，協助70個附近有許多水黃皮的村莊成立種子收購及榨油中心。每個中心有2台引擎驅動的榨油機並提供金援協助它成立種子收購及與榨油中心。它從2007年開始運作，以高於市價（每週一次的鄉下市集，含油種子的交易價最高只有Rs4/㎏）的6Rs/㎏向本村居民收購當地的種子。雖然榨油機很小，每小時只能榨種子20㎏，產油5－6L，而它本身就要吃油1.2L/h，它還是能賺錢。第2年它就把收購價格提高到RS7/L，而且部份中心有足夠的週轉金，不需要主辦單位繼續提供週轉金了。它們共同的遭遇是收集到的種子太少，榨油機的開機時間一年只有數十至100多小時。水黃皮油的價格跟著柴油起伏，大約都比柴油低15%左右。2008年柴油售價40Rs/L時，水黃皮油售價為Rs35/L。水黃皮油不僅可以驅動榨油機、發電機、水泵與磨麵粉機等固定設備，也可以驅動動力三輪車與牽引機等活動設備。榨油的副產品「豆渣」的價值經過ICRISAT幾年來的示範宣傳已經得到農民的肯定，其價格也從Rs3/㎏漲到Rs12/㎏。（Rai）

（五）可以使用植物油的引擎

原始的柴油引擎轉數低，對燃油性質的寬容度較大，可以使用許多不同種類與特性的燃料，動植物油都可以，甚至廢食用油也可以。1900年在巴黎博覽會展場，就曾有人用花生油為燃料驅動柴油引擎，所以用植物油作引擎燃料並不是新主意。1920年代英國的R A Lister公司製造D型及CS型柴油引擎是一個有預燃室的引擎，它能使用純植物油、廢食用油或柴油作燃料，它們一直生產到1986年才終止。1930年代為了國防目的，英國在印度試驗用許多種類的植物油作為柴油的替代品，水黃皮油被他們認為是很理想的代用柴油。二次世界大戰期間很多國家都曾在緊急時使用植物油為燃料。大戰後油荒的危機解除，廉價的柴油大量供應，植物油燃料就被遺忘了。20世紀末原油價格又漲到令人吃不消的價位。

1999年印度科學院的Dr.Udipi Shrinivasa想到何不用當地盛產的水黃皮油作引擎燃料以取代進口的石油？幸運的是，當地有許多古老Lister引擎還在使用，也有當地生產的仿製Lister引擎可以使用水黃皮油作燃料，其它廠牌的固定式柴油發電機及柴油引擎驅動的灌溉水泵也可以使用它，只需要小小的改造：主要是在燃油進入引擎之前把它加熱至80℃。德國的兩家牽引機製造廠也在數年前推出了使用純植物油的牽引機。它們在歐洲的廣告說：使用菜籽油，並且享有與其他機型完全相同的保證與服務〈Power Farming Jan 2008 14-16〉。

有一個早夭的Elsbett引擎誕生於1977年，那是一個以植物油為原料的引擎，它是油冷式，用燃料油作冷卻劑，既冷卻引擎又加熱燃料。它的效率比較高，卻生不逢辰沒有人要買它的專利，Elsbett公司後來破產。現在它以製造柴油引擎改裝套件，把一般的柴油引擎改為使用植物油燃料，為主要業務〈Wikipedia〉。因為植物油在大多數地區都比柴油貴，它的營業情況顯然不很好。現在情況改觀了，廉價的非食用油即將大量上市，改裝套件及全新的植物油引擎有什麼機會呢？

植物油引擎的排氣品質如何？我還沒有資料，但是德國的引擎製造廠Detuz公司在幾年前就製造了新的植物油引擎，並且有兩家農耕機製造廠Detuz-Fahr與Fendt把它裝在他們製造的牽引機上，在歐洲地區販售。以歐洲地區對引擎排氣管制之嚴尚容許這種引擎的使用，因此可以推斷它的排氣品質不會太差。Detuz植物油引擎基本上是一台雙燃料柴油引擎，有兩個油箱及輸油泵，較小的油箱裝柴油（生質柴油及石化柴油都可以）,較大的油箱裝菜籽油。起動時使用柴油並進行菜籽油預熱，至70℃時自動切換到菜籽油、低負載（全負載的25％以下）時間達30秒時又切換到使用柴油，其餘時間使用菜籽油，停車前需切換到柴油，數秒鐘後當油路中充滿柴油後才能停機【Power Farming】。

水黃皮油的燃燒性質非常好，可以與菜籽油比美，細節就略過了，總之，在臺灣，它也可以不必轉化為柴油，就直接使用，這樣做既節省燃料費，也減少了燃料的「碳足跡」。（待續）