汽车尾气后处置器技术综述

由于地球环境日趋恶化，环保议题也加倍受到重视，欧美各国柴油车污染排放无不实施更严格之管制方法，以欧洲为例，其轻型柴油车PM排放管制EuroIV比EuroIII的管制量降低50%，NOx也降低50%；而重型柴油引擎PM排放管制那么降低80%；NOx降低30%，如图1、图2所示。

图1 重型柴油引擎EuroIII与EuroIV污染排放标准比较
图2 轻型柴油车EuroIII与EuroIV污染排放标准比较美国也决定了2007重型柴油引擎排放标准，PM为bhp-hr；NOx为bhp-hr，与此刻的1998年标准相较，新规那么在NOx水平代表95%降低(目前在bhp-hr)，在PM排放有80-90%降低(当前卡车引擎在bhp-hr和城市的公共汽车在bhp-hr)。

这也意味着后处置器的强迫利用。

以目前情形来看，符合我国三期排放标准车辆中已约有50%配置利用氧化触媒等废气排放后处置器组件，其对HC和部份PM具有改善作用，而对NOx及PM 中碳成份却无阻碍。

为因应以后更严格的排放标准，各大车厂无不踊跃投入De-NOx 触媒及PM粒状污染物捕集器之开发工作，期以符合法规要求。

环视国内情形，我国柴油引擎技术大部份是依托国外原厂提供，关于国内几家大厂而言，技术来源或许较无问题，但关于生产及代理数量较少之车厂，其技术能力之取得那么必然发生困难。

因此，于实施下一时期排放标准前，政府相关单位应成立起柴油车污染操纵后处置器之相关技术能力来协助车厂因应污染排放的操纵工作。

●国内外后处置器技术进展现况
在全世界法规污染物排放标准加倍严苛的进展趋势下，假设单纯只透过改良引擎燃烧行为、降低机油消耗量及减少柴油中的硫含量等方式，仍然不足以保证能完全符合较严苛的法规标准值，故借助于后处置系统的二次减量仍在所不免。

(一)氧化触媒转化器
选择后处置系统时，必需考虑以下因素：效率、背压、耐温、耐久、本钱。

截至目前为止，氧化触媒转化器之经济效益最大，其优势如下：
1.符合法规需求
可氧化SOF达80﹪以上，但对碳粒无氧化能力，因此须配合燃烧行为预先减少碳粒生成，并操纵柴油中的硫含量低于﹪，以幸免生成硫酸及金属类硫酸盐等粒状污染物。

2.环境爱惜
柴油引擎采过氧燃烧，只要排气温度维持在170℃以上，触媒转化器即能充分氧化HC及CO，并能大幅减少乙醛与PAH，降低致癌机遇。

3.开发弹性
氧化触媒能氧化柴油及机油发生的碳氢化合物，故能操纵因制造不同生成的污染物，使不至于逾越法规值，并允许工程人员开发的污染防制技术时，可不能发生顾此失彼的现象。

开发柴油引擎用的触媒转化器，除必需考虑它的空间速度、密度、背压、触媒担体及珍贵金属外，尚须留意柴油硫含量，机油添加剂及排气温度，幸免阻碍耐久性能。

(二)其他后处置技术
正在进展中的技术包括氮氧化合物吸附器（NOxAbsorber）、持续性再生柴油引擎粒状污染物过滤器（CR-DPF）、柴油引擎粒状污染物催化过滤器（CDPF）等。

近来美国能源部（USDOE）、引擎制造商协会（EMA）与污染排放操纵装置制造商协会（MECA）合作的打算已着手研究柴油燃料含硫量品级在3、16、30、150与350ppm时，对重型与轻型柴油引擎在这些污染操纵技术方面的阻碍。

防制技术方面：
废气再循环系统（Exhaust Gas Recirculation）
废气再循环系统（EGR）是利用所排放出之废气再次导入燃烧室中反映燃烧，藉由降低燃烧时之最高温度，以达到NOx污染排放减量的成效，应用上需配合增压器与中间冷却器来利用。

废气再循环系统（EGR）平都可使得氮氧化合物减量可达40﹪。

在轻型汽油车及柴油车上，常常能够看到EGR系统。

SCR触媒(Selective Catalytic Reduction)
SCR触媒是利用尿素(Urea)喷射于排气尾管中，由于高温转化为氨水(NH3 Amonia)与二氧化碳(CO2)：
NH2-CO-NH2+H2O→2NH3+CO2
NH3又在De-NOx触媒中与氮氧化合物(NO，NO2)反映还原成氮气与水蒸气：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
此型去除氮氧化合物触媒系统效率可达80-90%，但需装置尿素喷射及贮存筒且须按期添加，故系统较复杂，且也有尿素渗漏造成额外污染的疑虑。

氮氧化合物吸附器（NOx Absorber）
氮氧化合物吸附器（NOx Absorber）是利用触媒于低温或引擎低负载时捕集氮氧化合物（NOx），再于高温或引擎高速高负载时将之释放燃烧，此触媒转化系统能从柴油引擎的过氧废气中将氮氧化合物（NOx）移除，但是此系统对燃料中的含硫量十分灵敏，容易招受硫酸毒化，故燃料中含硫量的品级是阻碍此种触媒转化系统性能表现的重要因素。

目前燃料中的含硫量会使得氮氧化合物吸附器（NOx Absorber）吸附有毒物质的效率不彰，假设将其利用在低硫的情形下，其移除氮氧化合物的效率可高达90﹪。

二氧化硫（SO2）在燃烧与废气排放的这段时期的形成，关系到燃料中的含硫量。

图3 各类De-NOx触媒特性与应用状况
防制技术方面：
持续性再生捕集器（Continuously Regenerating Trap）
持续性再生捕集器（CRT）利用过量的氮氧化合物去除粒状污染物（PM），一氧化氮氧化生成二氧化氮，依次地使氧化黑烟（Soot）反映成二氧化碳与氮。

但是持续性再生捕集器必需在氮氧化合物（NOx）与粒状污染物（PM）比最小为8：1的条件下运作，在优化条件下（燃料含硫量低于50ppm以下）持续性再生捕集器（CRT）移除粒状污染物（PM）的效率可高达90﹪。

持续性再生柴油粒状污染物过滤器（CR-DPF）与触媒柴油粒状污染物过滤器（CDPF）是典型的柴油粒状污染物过滤器（DPFs）的代表。

持续性再生柴油粒状污染物过滤器（CR-DPF）是利用引擎排放的一氧化氮（NO）通过持续性再生柴油粒状污染物过滤器（CR-DPF）的氧化触媒回流产生持续性的二氧化氮（NO2），目前已证明二氧化氮（NO2）比氧气（O2）关于柴油粒状污染物（PM）的低温氧化媒介成效更为有效，废气中所含的硫经由持续性再生柴油粒状污染物过滤器（CR-DPF）氧化后，形成硫酸（Sulfates）。

二氧化硫（SO2）会抑制一氧化氮（NO）与二氧化氮（NO2）的反映，使再生捕集的成效降低。

触媒柴油粒状污染物过滤器（CDPF）是藉由在此触媒器上涂覆元素增进在废气中捕集粒状污染物（PM）的氧化作用，废气中的硫经触媒柴油粒状污染物过滤器（CDPF）反映后生成硫酸。

废气排放温度与燃料中的含硫品级是阻碍持续性再生柴油粒状污染物过滤器（CR-DPF）与触媒柴油粒状污染物过滤器（CDPF）性能表现的重要因素。

黑烟触媒过滤器（Catalyzed Soot Filters）
此种过滤器利用反映催化剂来帮忙氧化，在温度350℃时，它仍然能有约75%的粒状污染物（PM）减量的成效，与持续性再生捕集器（CRT）一样属于被动式的触媒，能容易地适用于修正过的引擎。

燃料触媒添加物（Catalyzed Fuel Additives）
直接将触媒剂加入燃料中，配合过滤器的利用可使移除粒状污染物（PM）的效率达到75﹪。

某些技术是在主燃料槽旁另加一个贮存槽储放添加剂，透过引擎的燃烧操纵技术，可允许粒状污染物（PM）于低温时，在过滤器中进行燃烧。

表4仅针对柴油引擎后处置器污染防制技术减量效益可行性分析作一比较。

表4 后处置器污染防制技术减量效益可行性分析
●终止语
柴油车辆大多为客货运输业主力的生财工具，长期以来柴油车辆在全世界经贸活动中一直扮演着一个相当重要的角色，但柴油车辆所造成的空气污染相对的引发了空气质量加速恶化的隐忧，也因此关于其污染排放的管制与改善，一直被视为全世
界性的重要课题之一，踊跃进展相关的污染管制方法与技术，并透过这些管制作为与污染防制技术，来达到有效管控污染排放、改善空气质量。

但是现时期柴油车辆前处置污染操纵技术的进步已达到技术饱和的状态，因此在柴油车辆前处置技术方面做进一步的技术冲破，俨然相当有限，且可能所费不赀，需投注相当大的金钱与人力于其上；在技术复杂度方面也更趋困难。

以目前柴油车后处置技术的进展而言，触媒滤烟器一直是一项重要的实质进展功效，但也由于现时期利用环境条件的阻碍下；诸如：需配合燃料添加剂的介入利用、黑烟过滤器的再生问题造成引擎背压升高、产品本身的耐久性能表现等；一直无法顺利的达到其理想工作状态，故而使得其关于柴油车辆排放黑烟的改善成效受到阻碍。

因尔后处置技术所带来的便利性与有效性，将会是以后柴油车辆污染操纵技术精进的关键点。

有鉴于此，我国应踊跃主动进展相关以后处置器之技术开发，并为下一时期加倍严苛之污染排放管制标准做好相关之配套方法研拟，包括污染排放法规和全世界法规调和、新式污染操纵技术、后处置器（系统）检测方式与标准、车辆污染监控系统、油品标准等；进行全面性、通盘式的探讨与研究，并成立起相关法规制度，为污染持续减量，制造优质生活环境尽力。