汽車與生質燃料(三) - 什麼車可以加生質柴油？

BMW 530D，柴油車款

作者：歐陽孚 / 編輯：郭致廷、楊卓儒


本系列前兩篇文章介紹了汽油與酒精汽油(E10、E85) ，以及可以使用這些汽油的車輛─彈性燃料車(FFV) 。這篇文章，我們將介紹「柴油車」以及相對應的替代燃料「生質柴油」。

無論是一般的汽油車或是FFV，用的引擎都可以被歸類為奧圖式引擎(Otto engine)，在內燃機(也就是「引擎」)的發展歷史中，德國人奧圖首先引進「四行程概念」：進氣→壓縮→爆炸(也稱「動力」)→排氣，奠定了現代內燃機的基礎。這種引擎的點火方式是「火花點火」(spark ignition)，也就是需要利用火星塞在燃燒室內引發火花，藉此引發油氣爆炸。由於「奧圖引擎」(四行程、火花點火)常見於使用汽油的動力機具，因此也常被稱為「汽油引擎」，但嚴格來說很多衍生的汽油引擎並非奧圖式，例如：二行程引擎就不在此類，因此建議還是不要混淆這兩種名稱。

但由於當時的點火技術並不理想，因此另一位德國工程師狄賽爾(Diesel)便朝向壓縮點火(compression ignition)發展，藉由氣體被壓縮所引發的高溫導致油氣自燃，這種引擎形成了今日引擎的另一種主流。狄賽爾引擎因為需要與汽油(gasoline)不同的燃料[註1]，而且某一種特性的石化燃料特別適合，大家就乾脆以狄賽爾命名這種燃料，叫它做「diesel」，由於翻譯成中文是柴油，因此在中文世界裡我們常見的名稱是「柴油引擎」而非狄賽爾引擎。


柴油引擎與奧圖引擎的差異

除了點火方式與燃料不同外，這兩種引擎還有許多差異。早期的柴油車具有高汙染、高噪音，並不適合做為一般乘用車使用，這也是台灣在2004年加入WTO之前曾禁止柴油乘用車長達20餘年的原因，然而隨著技術進步，目前柴油車已完全改頭換面。就效率而言，柴油引擎比奧圖引擎高出30%~35%，油耗明顯較佳；耐用度方面，由於柴油引擎必須應付更大的壓力，因此必須比奧圖引擎更為堅固，再加上不需要油氣混合系統與點火系統，因此故障機率較低；應用層面，由於它具備高扭力，因此適合重酬載機具例如：公車、大貨車、農耕機，甚至是火車等等。

然而，也是因為柴油引擎必須造得更為堅固，同時為了要符合道路車輛的廢氣排放標準，必須要搭配其它技術，使得柴油引擎車輛的單價一般而言較奧圖引擎車輛來得高。此外柴油車的扭力雖大，但馬力較小，也是一個天生的缺陷。雖然如此，馬力缺陷在一般行駛條件下並不會太顯著，另外考量油耗較低的因素，長期計算下來(10萬公里以上甚至更高)，柴油車的花費不會高太多，當然對於里程數低於十萬公里就換車的車主而言，自然就另當別論了。

一言以蔽之：柴油車省油、環保、耐用，但是比較貴。以福斯汽車(VW)在台灣販售的Golf車款售價為例：同樣是2011年排氣量1.6升的基本款，柴油版本(1.6 TDI TL)要新台幣102.8萬，汽油版本(1.6 TL)則是92.8萬 。目前柴油車輛在歐洲普及率最高，約有50%，其中德國更是高達70%。美國目前小於10%，但緩慢成長中。台灣近年來加入WTO後柴油車銷售逆勢成長，逐漸被消費者接受。

2011 VW Golf 1.6L TDI

什麼車可以加生質柴油？

現在讓我們回頭看這篇文章的題目：「什麼車可以加生質柴油？」理論上，任何柴油引擎都可以添加從B1到B100間各種比例的生質柴油。道理很簡單，因為「生質柴油」本來就是柴油，性質與一般的石化柴油非常接近，不像酒精與汽油的差距那麼大。然而實務操作上並非如此，一般常見的混合比例僅有B2、B5或B20，許多車商並不建議添加B5以上的生質柴油。

最大的原因是生質柴油的低溫表現不佳。柴油性能的一項重要指標是「冷濾點(cold filter plugging point, CFPP) 」溫度。當柴油的溫度低於一個稱為雲點(cloud point)的特定溫度時，會開始形成蠟狀晶體使液體不再清澄透明，此時車輛還能夠發動，但如果溫度再進一步下降，最後就會堵住濾網，使得車輛無法發動，此時的溫度就是CFPP。油品在低溫時的表現不佳除了會堵住汽車濾網外，也可以堵住油箱，或是車輛以外的儲油設備。在台灣這種亞熱帶國家此問題並不常見，然而在美國北方入冬之後這樣的問題就非常麻煩，常常需要清理油車輛內的油路甚至是換掉濾網，這也是最常見關於生質柴油的抱怨。這個問題並非無解，添加抗凍劑便可改善這個問題，但缺點是有額外的開銷。有些車輛裝備額外的獨立供油管路與油箱，專門在車輛啟動時供應混有抗凍劑的油品。此外，實務上有些開長途的司機，會在白天連續行駛時添加生質柴油，但當日最後一次加油則添加一般柴油，這樣油路內的生質柴油比例就會極低，即便車輛在冬天經過一夜的休息，隔天開車也不會有無法發動的問題。

另一個問題是每單位的生質柴油的能量成分較低，B100大約比一般柴油少10%、B20大約少2%，也就是同樣體積的油，生質柴油能跑的距離比較短；另外，生質柴油的車輛在高酬載或是爬坡時也會顯得比較吃力。但在5%的混合比例時這些問題並不顯著，在一般道路行駛時駕駛幾乎不會感到任何不同。更多關於生質柴油的資訊，可以參考我們之前寫的專文 。



2008 Audi R10，這台添加生質柴油的賽車贏得了當年的24 Hours of Le Mans(利曼大賽) (圖片來源)


雖然有上述兩個比較顯著的缺點，還是有越來越多人選擇生質柴油。一個原因是它可以減少硫化物排放。以美國為例 ，2006年起新的規範大幅降低油品內的硫含量，這會降低油品的潤滑能力，但如果混和少量生質柴油則可以大幅改善這個現象，這是B2或B5越來越收到歡迎的重要因素。除了硫化物以外，生質柴油的二氧化碳排放也較一般柴油減少了78%，事實上，除了NOX的排放較高外，生質柴油所有汙染物的排放都比一般柴油來得理想許多。台灣自2010年起已經對所有加油站販售的柴油強制添加2%的生質柴油，也就是說目前全台灣所有的柴油車都是以B2為燃料。


小結

柴油車的市場大概可以切割成兩塊來看，一部分是大型車輛，一部分是小型乘用車輛。大型車輛的柴油車總數，與汽油車相比其變化應該是比較緩慢的，因為大型車本來就適合使用柴油。在這個市場推廣生質柴油應該比較容易，但考量進大型車是以重酬載為出發，使用B100所造成的馬力與扭力下降，短期內可能難以從技術上彌補，因此，B20是一個比較合理的目標。但在小型乘用車的市場，則可以預期柴油車總數會持續增加，因為隨著油價升高與越趨嚴格的廢氣排放標準，會使柴油車的優勢逐漸增加。隨著柴油車市佔率的增加，可將效能沒有顯著下降的B5生質柴油當作推廣目標，讓消費者逐步接納後，再推廣更高比例。下一篇文章將介紹我個人非常欣賞的技術：油電混合車。將複合動力與生質柴油或生質酒精結合，是更為節能與永續的做法，敬請期待。


註釋：

[註1]：汽油與柴油的主要成分都是碳氫化合物，嚴格說來是「以碳氫化合物為主的混合物」。一般而言，汽油內化合物的碳鏈長度大約在6到12左右，可記作C6~C12；柴油則是C12~C24左右，但這個範圍只是個粗糙的概念，實際上同是汽油或柴油的不同油品其成分可能會有顯著差異，不同文獻提供的範圍也不完全相同。我個人的記憶方法是把汽油記成C9、柴油記成C18。


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