法規排放標準與國際趨勢

表 2-3 為我國與其他先進國家重型柴油引擎排放標準的比較，柴油 引擎在粒狀污染物管制上，各國制定之排放標準逐年加嚴，比如歐洲在 2005 年 PM 排放標準已降至 0.01 g/bhp-hr，美國也在 2007 年跟進，我國 也將於 2012 年柴油引擎第五期的排放標準，施行此標準；而在 HC、NOx 的排放標準則比其他國家標準較為寬鬆；而在 CO 的標準上，較美國嚴 謹，但相對於歐洲與日本則較為寬鬆。然而，柴油引擎尾氣數百種污染 物，只能以總質量(TSP)進行管制；但值得注意的是柴油引擎尾氣中，大 部份質量都由碳膠結與吸附其他物質所形成之累積峰微粒所貢獻，而 90%之數量由凝核峰微粒所貢獻但對質量貢獻卻不到 10%，因此針對質 量進行管制將會忽略引擎尾氣中高濃度之微粒數量，且質量管制標準也 趨於目前六位數天秤偵測極限；而道路旁針對柴油引擎進行量測結果顯 示，數量濃度範圍 10⁴-10⁶ #/cm³，與一般大氣環境中微粒數量濃度 10⁴

#/cm³相比(王顗婷, 2009)，更 100 倍的增量。因此，從歐盟的五期開始，

對輕型客、貨車新增訂微粒數量濃度的排放標準(6×10¹¹#/km)，我國在柴 油引擎五期也跟進針對輕型柴油引擎訂定相同之數量濃度排放標準，預 期未來將會擴大適用對象，包括重型柴油引擎。聯合國-歐盟更鑑於引擎 尾氣數量濃度易受到採樣時控制條件影響，因此在微粒數量量測系統 (UN-ECE PMP)，將稀釋後之樣本進行高溫加熱至 400 ^oC，此加熱程序

可去除揮發性物質確保採樣之樣本為非揮發性固態微粒。

表 2-4 為先進國家重型柴油引擎數量排放係數，可看出隨著歐盟期 數的增加，排放係數呈現下降的趨勢，從 10¹⁴下降到 10¹² #/km；而在行 車型態上，從市區到高速公路呈現上升趨勢，約高 2 倍。綜合不同研究 來探討，微粒數量排放係數範圍介於 1.8×10¹²到 7.3×10¹⁵ #/km 之間 (Beddows and Harrison, 2008; EEA, 2009; Jones and Harrison, 2006)。

表 2-1 固定與移動污染源對不同污染物貢獻百分比

污染源種類 TSP PM10 PM6 PM2.5 SOx NOx THC NMHC CO Pb 百分比%

固定污染源 94.66 90.28 88.88 82.53 93.17 45.53 78.97 77.50 22.27 98.65 移動污染源 5.34 9.72 11.12 17.47 6.83 54.47 21.03 22.50 77.73 1.35

表 2-2 在移動污染源中柴油車對不同污染物貢獻百分比

污染源種類

TSP PM10 PM6 PM2.5 SOx NOx THC NMHC CO Pb 百分比%

柴油車排放 43.62 51.97 53.40 56.07 3.15 64.21 8.66 9.39 9.26 0.00

表 2-3 我國與先進國家重型柴油引擎排放標準

表 2-4 先進國家重型柴油引擎之微粒數量排放係數

Emission standard

Speed range (km/h)

Emission factor (10¹³#/km)

Beddows and Harrison (2008)

- - Range: 22 – 730

圖 2-1 不同粒徑微粒沉積於呼吸道百分比 (Witschger and Fabriès, 2005)

圖 2-2 柴油引擎尾氣中懸浮微粒粒徑分布圖

圖 2-3 柴油引擎尾氣粒狀污染物組成圖 (Maricq, 2007)

圖 2-4 不同操作條件下尾氣樣本加熱與否微粒數量濃度粒徑分布 (a)1590 rpm/949 Nm (b)1490 rpm/273 Nm (樣本加熱溫度 270^oC)

圖 2-5 使用不同含硫量(1 到 325 ppm)柴油在不同操作條件下為粒數量濃 度粒徑分布 (a)惰轉 (b)輕中型負載 (c)輕負載 (d)重負載 (TD 為樣本加

熱至 300 ^oC) (Kittelson et al., 2006)

圖 2-6 不同負載之數量濃度粒徑分布 (Wong et al., 2003)

圖 2-7 引擎在固定 1400 rpm 下不同負載之微粒數量濃度粒徑分布 (Jung and Kittelson, 2005)

圖 2-8 不同負載引擎尾氣中微粒數量粒徑分布 (上圖)100%負載 (下 圖)50%負載

(Abu-Qudais et al., 2001)

圖 2-9 使用不同引擎在 100 與 25%負載下微粒數量濃度粒徑分布 (Lehmann et al., 2003)

圖 2-10 使用不同引擎在 100 與 25%負載下微粒數量濃度

圖 2-11 使用一般市售超級柴油(certified)與低硫柴油(BP15)在各操作條 件下數量濃度粒徑分布 (a)加速 (b)減速 (c)定速 (d)惰轉

(Wang et al., 2006)

圖 2-12 Minnesota 高速公路上不同車速之數量濃度與體積粒徑分布 (Kittelson et al., 2004)

圖 2-13 使用不同引擎在歐洲暫態循環下微粒數量粒徑分布 (Lehmann et al., 2003)

圖 2-14 含硫量 50 ppmv 和 15 ppmv 之微粒數量濃度粒徑分布

圖 2-15 使用一般柴油與不同比例、材料之生質柴油數量濃度 (Lepuerta, 2002)

圖 2-16 一般市售柴油與生質柴油引擎排放之微粒數量濃度粒徑分布 (Bagley et al., 1998)

圖 2-17 超低硫柴油與添加不同比例生質柴油在低負載(0.2 MPa)之微粒 數量濃度粒徑分布

(Di et al., 2009)

圖 2-18 氧化觸媒

(a) 壁流式(wall-flow)

(b) 直流式(flow-through) 圖 2-19 濾煙器 (Majewski, 2001)

圖 2-20 濾芯材料捕集原理 (Majewski, 2001)

圖 2-21 使用不同後處理設備之微粒數量濃度粒徑分布 (Frank et al., 2007)

圖 2-22 使用 DOC 與 DOC+DPF 之微粒數量濃度粒徑分布 (Shibata et al., 2010)

圖 2-23 不同油品在各粒徑下裝配 DOC 和 CPF 之微粒數量濃度 (Kim and Choi, 2010)