淺談DDF公車

▓撰文：李正明

根據民國95年7月7日＜聯合報＞的一篇報導稱：「由馬英九市長親自主持的北市永續發展委員會第十次會議，會中決議，為降低汽車空氣污染，台北市政府決定仿效泰國、韓國推動DDF柴油及天然氣複燃料公車計畫，交通局長更發下豪語，未來4年將投注新台幣32億元，半強迫北市14家業者4,000輛公車全部改裝成為DDF引擎。」什麼是DDF？請看本文解析。

什麼是DDF（Diesel-Dual Fuel）？

簡單的說，就是以現有的柴油引擎動力車輛，加裝一套壓縮天然氣（Compressed Natural Gas, CNG）系統為複合式燃料，利用柴油引擎壓縮點火的特性，把柴油在高壓下引爆，燃燒天然氣產生動力。在這過程中，柴油在燃燒室中扮演類似炮竹的引信，而CNG當作火藥的角色。柴油引擎在壓縮高壓噴射的柴油油霧到其自燃點524℃時開始自燃，但壓縮天然氣自燃點在630～650℃，柴油氣缸內不會自燃，靠柴油燃燒而引爆，二者同時燃燒作功。運作方式是當柴油引擎啟動與慢車運轉時使用百分之百的柴油當燃料，在巡航行車或高速行車時則為DDF模式。

DDF模式中天然氣的品質要求：甲烷成分90 mol％以上，乙烷6 mol％以下，熱值在9,200Kcal╱Nm3以上；柴油之16烷值在46以上。

在採取DDF模式時，CNG與柴油之比率大約為80～90％比20～10％之間，視柴油車廠商之設計而定，但柴油太少時引擎會有爆震現象（Detonation）。

就以柴油引擎的性能來說，CNG用在DDF上就靠柴油引擎之壓縮點火而引爆，這點在保持Diesel循環，而又不改變其原設計而能維持原性能上有很大之貢獻。如果政策上要降低交通工具之空氣污染，改善都市空氣品質，從柴油車開始改善的話，不必淘汰柴油車，而柴油車通常其生命週期（Life cycle）都長達15年以上，現有柴油車為數不少，而且其使用年齡都不一致，就現有柴油車改裝而不必投資鉅額更換為100％LNG或100％CNG車，應屬DDF較有其效益性且是一可行之道。

使用DDF有什麼好處？

為了達到節能減碳，減低環境污染的目的，以DDF系統來取代傳統的柴油燃料在柴油引擎上的運轉，經多方的實證，是可以降低NOx、CO2、PM（微塵物）、HC（燃燒不完全之碳氫化合物）。

一、DDF在環保方面效益

有關DDF之環保效應，不外乎是CO2、NOx、PM、SOx、HC等項目。國外各機構或研究單位所發表的數據亦有不同，但不論如何，DDF確定有環保效益。

美國國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）曾經在2005年12月發表一份就華盛頓都會區公車管理局的車輛尾氣排放做測試的結果的技術報告（NREL/TP-540-36355, December 2005），顯示公車如使用CNG當燃料會比使用柴油之尾氣排放氮氧化物（NOx）降低49％及微粒（PM）降低84％；另外，據2006年澳大利亞新南威爾斯大學Dr. Tim White的研究報告指出，DDF相對於柴油CO2降低20％、NOx降低45％、PM降低70％之環保績效，顯示創新技術的引入更進一步使DDF之環保績效更彰顯。

二、DDF之燃料耗用及經濟效益

同樣引用上述NREL的技術報告，CNG與柴油燃料如以柴油當量加侖來比較燃料耗用效益並不明顯。如要有經濟性，只有來自於柴油與NG供應價差，有如LPG與汽油之使用效率Km╱L為0.8：1，但其經濟效益來自於二者之供應差價及LPG價格補貼才是誘因。未來採用DDF時相信也是如此。

傳統CNG系統與LNG╱CNG系統

傳統CNG系統在車輛使用上已有百年歷史，而LNG的出現大約40年左右才商業化，然而在供應車量生產、製造、儲存、加氣的過程中卻有很多不同之處。

傳統CNG必須自低壓的來源（例如：管線供應或低壓儲槽10bar以下）利用壓縮機加壓到所需之200～250bar。對一CNG車輛而言，50～120psi（3.6～15bar）就夠用來運轉車輛，但為什麼要加壓到200～250bar的壓力？主要是在同一體積之車輛儲氣槽（Cylinder）中能填充更多質量的NG，以獲得更長的行駛里程，如此高的壓力如要自管線直接加壓到汽車的儲存槽中，則相當費時間。過去台北市公車處在內湖保養場為6部公車加氣就是採用此模式（1.8bar加壓到200bar），其他失敗原因不說，就加氣時間而言就要費時5～6個小時，耗時費事又浪費電力。

為補救這種困擾，CNG加氣站通常是先將NG加壓到大約270bar（4,000psi）之壓力儲存在高壓儲氣槽中，車輛來填充時，以高壓方式直接充填需時5～7分鐘即可。可是要獲得那麼高的壓力，必須用高效能的壓縮機予以加壓，以日本的經驗，一個250NM3╱小時的壓縮機所需要電力約在75～95瓩，所需電力費用是一回事，如採用CNG是想為地球環保盡一份心力，而這電力的來源說不定是來自於更污染的發電廠，以及因為壓縮機運轉之噪音，產生了節能與環保之矛盾。

現代的LNG╱CNG系統是利用LNG槽車將LNG運送到LCNG加氣站儲存在冷凍槽中，生產CNG時利用30HP或更小的液中泵，將LNG泵送到氣化器中予以氣化，利用LNG氣化時體積膨脹600倍的物性，直接氣化為4,000psi（270bar）的CNG，然後儲存在高壓儲氣槽；車輛填充時以高壓方式加氣3,000～3,600psi（250bar），耗時3～5分鐘即充足儲氣罐。或將4,000psi（270bar）的CNG再用高壓管式槽車（Tube trailer）運送到另處儲存站（加氣站）之高壓儲氣槽存放並為公車填充加氣，這就是所謂母子站（Mother-Daughter）的觀念。

替代燃料之選擇及應用上之區隔

政府在這幾年來為節能減碳下過不少功夫，自1980年以後推展LPG╱汽油雙燃料車，1997年台北市公車推展CNG車，到最近發展E3乙醇汽油、B1生質柴油，同時在汽柴油品質大幅度改善。但是許多項目人云亦云，別家有的我家也要有，投入資金不少，可以看到激情過後停滯就來，效果未必良好。

最近環保署正積極提倡DDF公車政策，台北市DDF公車計劃為4年4,000部改裝。然而台灣的能源資源有98％以上來自於進口，政府與民間資源都有限，與其什麼都要做，把資源分散，反而沒一樣做得好，不如就替代能源予以做市場區隔，資源分配專注，從最有效的方向著手，分為若干階段，並配合車輛生命週期以及車輛環保要求來專注發展，可能達到節能減碳效果會好一些。（作者為台灣中油公司高級顧問）