電石氣能源應用

■撰文：陳文樹

台灣剛光復之際，不少的家庭依然利用電土燈、煤油燈等做為照明工具，從其字義上應可得知乃是以取自礦物的電土或煤油來充作產生能源之燈具。國人大都能夠瞭解迄今仍常可見的煤油，但或許會對於「電土」較感到陌生，本文將為讀者介紹此種礦土的能源應用。

台灣古早時期的照明器具，有從中國內地傳來的，亦有就地取材製造或由外國引進者。往昔之「電土燈」，是以鉛皮或銅皮為其殼具，並分做成2層：上層盛水，下層盛放電土，使用時先轉動滴流開關好讓水滴入下層之電土，進行化學作用以產生乙炔，接著以打火石或火柴於泛稱為「火嘴」之出氣口近處點燃火焰。電土燈的照明度比煤油燈來得光亮，並且較不易遭到強風吹熄，故多用於戶外場合，例如：夜間之喜慶、祭典會場或擺地攤、捕青蛙、夜行巡邏等。

「電」光「石」火，細數發亮緣由

電土是一種礦土，又稱電石，主要是含有一種名為碳化鈣（Calcium Carbide）化學成分的物質，其可取自大自然，也可於煉鐵過程中取得。添加水分之後的碳化鈣會和水起化學反應而生成俗稱電石氣（Acetylene）的乙炔（C2H2）氣體，而電土燈正是乙炔經由劇烈之氧化反應即燃燒作用而發出火焰，做為照明的工具。

乙炔燃燒時若氧氣不足則會發出黑色煤煙，惟若氧氣充足則可產生高熱與高溫，故氧炔吹管常用於焊接或切割金屬。乙炔與氧可混合燃燒，生成高溫的火焰（氧炔焰），此為從事燒焊工作之主要熱能來源，較危險性大的氫氧吹管安全可靠。但隨著科技的進步，目前較先進的工廠則已改用極普遍的電焊或高溫電弧焊等焊接法來作業。

在自然界可取得的碳化鈣數量並不多，若干地底蓄積有瓦斯之處或泥火山周邊的土壤，雖然含有碳化鈣，但因蓄含量並不豐盛，故以之為電土燈的燃料無法持久，亮度也不充足，所以在過去的年代，常於煉鐵過程中以焦炭、石灰石等添加物製成碳化鈣，則可較長期穩定的供應家庭照明之用。其冶煉過程為，將鐵礦、焦炭及石灰石（即生石灰，CaO）共同添加於鼓風爐（在中鋼公司等大型煉鋼廠係稱為「高爐」，蓋其爐體極高）之中燃燒，焦炭中的碳元素和石灰石即可在近約2,000℃的高溫下，經過不完全之氧化作用而生成俗稱電石的碳化鈣和一氧化碳氣體，且過程中產生的一氧化碳還可再與鐵礦作用，並將鐵礦中的氧化鐵還原成鐵。此外，亦可直接由焦炭中的碳將鐵礦的氧化鐵（Fe2O3）還原出來。

冰火同存的科學遊戲

有一種以玻璃棒點燃冰塊的魔術，其實就是和電石有所關聯的科學遊戲。其經過為：先於一只小皿內倒入1、2粒的高錳酸鉀，並將之研磨成粉末，之後再滴入幾滴濃硫酸，用玻璃棒攪拌均勻，而蘸有這種混合物的玻璃棒，便是一枝可以點燃易燃物品的利器。接著，在冰塊上放置一小塊電石，這時只要以玻璃棒輕輕的在冰塊上碰觸，冰塊即會發生燃燒效應，好似「冰火同存」般的具有夢幻感。

上述原理乃是電石顆粒內的碳化鈣和冰塊表面上溶出的水分發生反應生成電石氣，而具強力氧化效果的濃硫酸、高錳酸鉀混合物，則可以將電石氣氧化並同時達到燃點，使得電石氣立刻燃燒。因為此反應屬於放熱反應，所以會使冰塊溶出愈多的水分，產生愈多的電石氣，以致電石氣燃燒的反應愈加迅速，則在冰塊上燃燒的火苗彷彿是由小變大，直到電石塊粒內的碳化鈣用罄為止。

照亮最遠的天際線

台灣地區於數十年前或更早之前所建成的燈塔，即有甚多因為當時並無電力或供電不易，故初時多半是於電土中加水取得乙炔電石氣，再以電石氣來燃燒照明，或將燃燒電石氣之熱能轉用以發電。迄今雖然多數的燈塔，俱以電力公司供應之電力來照明，但仍不乏有若干離島地區的燈塔，依然是以電石氣為能源，例如裝設於澎湖列嶼的花嶼燈塔和查母嶼燈塔。

花嶼面積有1.473平方公里，與澎湖群島的大多數島嶼相似，呈小方狀之山地地形；在地質上為一較古老的火山區，以安山岩質的火山熔岩及碎屑岩為主，此和澎湖群島以玄武岩質為主的地質迥然不同。花嶼是澎湖群島最西端的島嶼，也是台灣的極西點，地理位置十分重要。初建於日治時期（民國28年）的花嶼燈塔，係位於花嶼西北角高約50公尺的山坡上；在台灣光復後經修建為全高64.6公尺、白身黑頂的燈塔，設有管理員1人，但未配建宿舍。花嶼燈塔為一設有多向金屬雷達反射器的自動燈塔，該燈塔現裝有4等電石氣閃光燈，每5秒閃動白光1次，光力為1,600燭光。

位於澎湖群島極東點的查母嶼，屬澎湖縣湖西鄉龍門村管轄。嶼上的查母嶼燈塔係於民國2年竣工。該塔全高24.7公尺，塔身為八角形磚造，二次大戰時燈塔曾被盟軍飛機炸毀而停止使用。台灣光復後，於民國37年修復使用，裝設1,200燭光的5等電石氣燈，每6秒閃動白光1次；於47年再修建為光力呈860燭光，至今依舊是以電石燈做為照明之燈具。（作者為郵政研究所研究員）