生质柴油排放气胶微粒之多环芳香烃及毒性研究-国立空中大学.PDF

國立空中大學生活科學系 ‧21 生活科學學報 ，14，21～42 ，2010 生質柴油排放氣膠微粒之 多環芳香烴及毒性研究 劉育穎 摘 要 本研究探討不同生質柴油進行柴油引擎排放微粒之化學及生物毒性特徵分 析。燃料油品包含市售高級柴油、市售生質柴油及低摻配比例之棕櫚生質柴油，探 討其排放微粒重量差異、微粒粒徑分布和多環芳香烴分析，最後再利用正常人類肺 部支氣管上皮細胞株 （BEAS-2B ）進行細胞存活率 （MTT assay ）和基因毒性分析 （Comet assay ）之生物毒性測試，來深入了解引擎排放微粒粒徑大小和其生物毒性 關係，並加以評估生質油品的使用對環境和人體的友善度。 研究結果顯示微粒粒徑大小與其生物毒性無關，但與燃料油品的選用有關。在 使用油品PB10 排放的微粒質量濃度較高 ，且可能會造成引擎磨損 ，油品PB10 在 PAHs 的毒性當量是最低的，其微粒造成的細胞毒性和基因毒性亦最低，顯示低比 例的棕櫚生質柴油添加確實能降低引擎微粒的生物毒性。 關鍵詞 ：生物毒性、生質柴油、引擎微粒、多環芳香烴 國立成功大學環境工程學系 博士後研究員 ．22 生活科學學報14期 壹 、前言 在京都協議書生效後，形成溫室氣體減量的期限壓力，世界各國政府有責任要減少 該國的二氧化碳排放量。環保壓力及大幅變動的能源價格，令各個國家研發各種替代能 源 ；自去年起，國內進入浮動油價的時代，油價漲跌影響著民生物價波動 ，而替代能源 的發展是目前科技的主流之一，有越來越多的替代能源和再生能源研發出來，而使用替 代能源產生的問題可能無法預期，是極需探討的課題。生質柴油並非近年來所發現的植 物新能源 ，溯自Diesel 採用花生油為柴油引擎的替代燃料 ，已有近百年的歷史了。生質 柴油的供應來源多元，美國採用黃豆油脂肪酸甲酯的生質柴油(Soy biodiesel)做為石化柴 油的替代燃料 ，以利環保並減輕地球溫室效應 ，可說相當普遍 。在歐洲(包括德國 、法 國、義大利 、奧地利 、西班牙 、瑞典 、瑞士等)係採用菜籽油和葵花油為原料 ，生產生 質柴油予以應用已行之有年，尤其奧地利為其首創國而聞名，德國則為生質柴油技術發 展及使用規劃上最積極者。另在日本，係採用廢食用油脂為原料 ，製作生質柴油 ，以達 成廢油的再資源化與環保雙重效應 。(National Biodiesel Board, 2006) 由於能源作物在生長過程中吸收二氧化碳，行光合作用生長，採收後榨油經轉化為 生質柴油 ，燃燒後再釋放出二氧化碳 ，進行 「碳循環」，它所造成的二氧化碳排放僅限 於製造過程產生。生質柴油極適合作為台灣的 「綠色黃金」，目前全台灣休耕的農地面 積一、二期合計超過 24 萬公頃 ，休耕直接給付更高達 118 億新台幣 。如果這些休耕的 農田全部種植高油含量的作物 ，一年最大能量可生產25 萬公秉 ，再加上從回收的食用 油中還可生產近8 萬公秉 ，合計33 萬公秉的 「生質柴油」占全年柴油的消耗量600 萬 公秉的5.5% ，還可減少二氧化碳的排放量每年近90 萬公噸 ，可說一舉數得 ，而產生的 整體效益應更物超所值 。 空氣微粒的來源廣泛，粒徑範圍從奈米(Nanometer, nm)等級到100 微米(Micrometer, μm) ，其微粒大小可分為三個範圍 ：細微粒(Ultrafine particles) ，粒徑小於0.1 μm ，大部 分是由燃燒所形成的產物 ；微粒(Fine particles) ，粒徑範圍介於0.1 到2.5μm 之間 ，主要 ．23 生質柴油排放氣膠微粒之多環芳香烴及毒性研究 是由細微粒累積和蒸氣凝結而成 ；粗微粒(Coarse particles) ，粒徑大於2.5 μm 的顆粒 ， 大都是機械力所形成的顆粒 。一般空氣微粒的重量分布主要在粗微粒和微粒兩個範圍 (Hinds, 1982;