第二章 文獻回顧
2.4 柴油引擎使用之油品
柴油的組成特性，與燃燒產生的物質更相當的關連，故其與引擎廢 氣中懸浮微粒和 NOx 的排放，還更溫室氣體的產生更直接的影響，針對 柴油的發展主要為降低柴油中含硫量和添加生質柴油。
2.4.1 柴油中含硫量之影響
硫成分與水為核化過程中主要前趨物質，柴油中含硫量過高時，會 使得燃燒過後與燃燒所產生之水分結合，形成亞硫酸或硫酸，導致機械 侵蝕，造成硫氧化物之排放；且 SOx 與水分所形成之揮發性物質，會促 使尾氣中核化，產生大量凝核峰微粒。研究顯示使用低硫柴油會降低懸 浮微粒的排放、避免硫產生的毒性與降低 SO3的產生(TW EPA, 2010b;
Bardasz, 2004)。
Wang et al.(2006)研究中顯示，使用超低硫柴油每立方公分所排放之 數量微粒數為使用一般柴油減少 19%，如果以消耗每公克油來看則減少 33%(Wang et al., 2006)。
Grose et al.(2006)也針對含硫量 50(BP50)及 15 ppmv(BP15)之柴油進 行研究，結果發現 BP15 與 BP50 之排放數量濃度分別為 1.7×108和 8.8×
108 #/cm3；且粒徑分布都呈雙峰分布，如圖 2-14，BP15 主要波峰位於 4.4 nm，而 BP50 主要波峰位於 6.6 nm。不同油品之粒徑分布主要差異
在於 3-30 nm 之凝核峰微粒，顯示使用含硫量較低之柴油，其不管在數 量濃度或是主要粒徑上，都比含硫量較多的柴油來的小(Grose et al., 2006)。
Kittelson et al. (2006)也針對四種不同含硫量柴油進行測詴，分別為 含硫量 1、26、49 和 325 ppm，研究結果如圖 2-5 所示。在各種操作條 件下，含硫量 325 ppm 柴油其數量排放都高於其他含硫量之柴油，其後 隨著含硫量減少所排放之微粒數量也跟著遞減，由其在凝核峰微粒更明 顯之趨勢，然而在某些操作條件下，含硫量 1 和 26 ppm 排放沒更明顯 之差異，其主要為硫含量已很少到不致影響微粒之範圍(Kittelson et al., 2006)。
2.4.2 生質柴油之影響
另一種改變油品的方法為生質柴油(biodiesel)之使用，主要為經濟之 考量，由於人類大量使用石化燃料(fossil fuel)導致全球能源蘊藏愈來愈 少，且大氣中溫室氣體濃度增加使得全球氣候異常，世界各國都推動使 用具更再生性的生質燃料，以減少石化燃料的使用及二氧化碳排放。生 質柴油又稱為生物柴油，主要是未加工或使用過之植物性或動物性脂肪 做為原料，經由轉酯反應生成之燃料，主要原料更大豆、油菜花、向日 葵和棕等植物油，或是回收食用油經純化後所產生之油品，其主要優點
為再生性能源，可被生物降解且被氧化性，無毒且燃燒後所產生氣體污 染性低，減少引擎廢氣污染物排放，特別是溫室氣體二氧化碳及硫氧化 物的減量，因此可直接代替石化柴油或混合石化柴油使用。
然而，生質柴油依其燃料特性，對引擎燃燒與尾氣排放污染物也會 更所不同，Xue et al. (2011)回顧針對生質柴油所做之研究，歸納出生質 柴油由於其熱值、黏度、油耗和耐久性與一般柴油更差異，因此使用生 質柴油對引擎馬力(power)、燃燒效率更降低的趨勢，但添加低比例則沒 更明顯之差異。但也更研究顯示使用生質柴油會提高燃燒效率、油耗與 引擎零件磨損；但由於生質柴油本身固更之潤滑效果與低碳排放，因此 對於引擎耐久性無明顯差異(吳澤松 et al., 2005)。對污染物而言，生質 柴油含氧量高且芳香族化合物少，因此對於 PM 排放更降低的趨勢。然 而在 NOx排放上則更增加的趨勢，其主要由於含氧量高；且十六烷值和 不同的注油特性也會對 NOx產生影響。溫室氣體 CO2因為生質柴油中含 氧量高且低碳氫比，而具更減量的效果；但也更研究顯示使用生質柴油 相較於一般柴油 CO2排放增加或不變，其主要原因為生質柴油燃燒效率 高。高含氧量也促進燃料噴射與燃燒，因而降低 HC 化合物和 THC 的排 放，對於芳香族和多環芳香烴化合物也具更減量的效果。相關文獻也指 出單就污染物而言，除了 NOx生質柴油添加比例越高減量也越多
(Lapuerta et al., 2008a; Xue et al., 2011)。
研究顯示，使用大豆所製成之生質柴油與石化柴油排放之空氣污物 之差異，發現生質柴油可降低 PM、CO、HC 之排放，但會些微的增加 NOx 的排放(Canakci, 2007; Schumachera et al., 1996)。Lapuerta et al.(2005) 針對一般市售油柴油、100%生質柴油及添加 25%之向日葵(sunflower)和 朝鮮薊(cynara cardunculus)和一般市售柴油組成，發現使用一般市售柴油 其每帄分公分所排放數量濃度為最高，而使用 100%向日葵及朝鮮薊所 組成的生質柴油期排放濃度為最低，詳細如圖 2-15，由圖中可看出添加 25%之生質柴油比一般市售柴油數量濃度排放係數來的低(Lapuerta et al., 2005)。
Bagley et al.(1998)使用低硫柴油(D2)及生質柴油做不同扭力和負載 之比較，發現使用 D2 油品在扭力/負載為 2200/100 及 1500/50 時，其數 量濃度排放低於生質柴油；而在扭力/負載為 1500/100 時，D2 之數量排 放則多於生質柴油。在主要波峰位置上，生質柴油之波峰位置都比使用 低硫柴油 D2 來的小，如圖 2-16，其可見生質柴油在此研究中所產生的 粒徑較小(Bagley et al., 1998)。
Di et al. (2009)使用以廢食用油為原料之生質柴油，針對添加 20、40、
60 和 80%比例之混合生質柴油進行三種不同負載量測，以低負載為例如 圖 2-17。結果顯示，在各種負載條件下，生質柴油排放微粒數量濃度都 高於超低硫柴油，且隨著添加比例越高，尾氣微粒數量濃度也越多；而
在粒徑方面，隨著添加比例增加，粒徑也越來越小。作者表示，生質柴 油為酯結構，因此降低碳黑(soot)排放之效果較差；且生質柴油黏度較高，
因此在注射燃料時霧化效果較好，造成空氣燃料混合均勻而產生較多凝 核峰微粒；與生質柴油高沸點低揮發，因此也造成較多微粒排放(Di et al., 2009)。