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Our Current Focus

 空污排放控制技術                                                                                                  

  • 多污染物（PM、NOx、SVOC）協同減量技術

​        提出強迫相變抑制超細微粒及SVOC排放的機制。本研究初衷為前置水洗設備處理酸性煙氣，降低後端各種污染防制設備腐蝕情況，配套設計驟冷、洗滌、旋風除水、活性炭吸附、袋式集塵等單元，強迫CPM前驅物於複合式洗滌單元中項轉變形成FPM，同時控制洗滌單元的操作環境於戴奧辛再合成溫度區間（400–200°C），將所有可能於燃燒後合成的戴奧辛濃縮於水洗單元的粒狀物相。此研究成功達成98.1% CPM、99.0% FPM2.5及99.9戴奧辛的系統去除效率，但高戴奧辛濃度的洗滌水沉積物需經過循環處裡。系統大幅延長了過濾單元材料壽命、降低污染物穿透風險並改善設備腐蝕現象，從而降低操作成本及實現超低排放，發表於J. Hazard. Mater.。

​        戴奧辛基於不同粒徑對於人體呼吸沉積毒性的影響不同。戴奧辛雖通過現行BACT可有效地去除弊控制在法規範圍內，但已暴露觀點不同粒徑的顆粒物於呼吸系統內的沉積有顯著差異，因此探索了經過新型空污防治技術處理後的微米等級顆粒物相戴奧辛粒徑分布，發現顆粒物相戴奧辛質量濃度於粗細顆粒間，受顆粒物質量濃度、表面積和比表面積等影響敏感性不盡相同，且細顆粒之單位戴奧辛毒性濃度較高，經呼吸沉降模擬計算，肺泡區將承受更高的超細顆粒戴奧辛沉降毒性單量濃度，發表於Environ. Res.。

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Journal of Hazardous Materials 423 (2022) 127032

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Environmental Research 214 (2022) 113806

  • 綠能的潛在排放—應用與基礎研究

​        富氧燃料的超細顆粒排放研究。近年來致力於替代燃料及“清潔燃料”可能產生的潛在排放，富氧乳化燃料雖然已被證實可降低PM、CO、NOx（在含有少量水下）甚至PAHs、PCDD/Fs等毒性污染物排放，申報人研究柴油機使用甘油乳化柴油燃料時NPAHs、OPAHs、OPEs、CFRs等毒性較高氧化/耐燃物排放，得到重要發現，NPAHs在超細顆粒物上的毒性當量濃度占了總PAHs同系物的50%，揭示了“清潔燃料”可能仍存在未被發現的潛在毒性排放，成果發表於Chemosphere。

​        研究液滴高溫表面霧化機制與主要控制參數。可再生燃料與化石燃料的物理化學特性接近但不完全相同，因此使用時燃燒器—必須依據油品物理化學特性與噴霧、一/二次霧化、燃燒之間的相關性進行調校。其中，高黏度燃料（如生物油）附著壁面燃燒乃常見的現象，造成額外的HC、PM及UPF排放。研究透過垂直滴於高溫液池/液膜的理想化實驗，以高速相機（3272 fps）拍攝熱液滴接觸低溫液膜，模擬高速噴霧下，不同溫度、流速及壓力的液滴附壁情後穿透、蒸發、濺射、氣爆、成核沸騰等各種現象，並藉由控制Weber number、Ohnesorge number達成加速蒸發的目的，成果發表於Aerosol Air Qual. Res.。

Chemosphere 290 (2022) 133244

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Aerosol and Air Quality Research 23: 2 (2021) 220366

  • ​氣膠粒狀物排放特性、溯源與熱區研究

        氣膠粒狀物溯源研究。主要分為三個部分：（1）受體法，建立不同污染源排放PM2.5質量、離子、金屬、碳和左旋葡萄糖等特徵成分指紋資料庫，而後基於化學品質平衡模型，計算各污染源對空氣中PM2.5品質濃度的貢獻，並利用美國國家海洋暨大氣總署全球氣象資料，完成三維逆軌跡計算模擬，釐清傳輸途徑。（2）其二為空氣品質源模式，針對都市多種類污染源複合排放情況，導入國內污染源排放率資料（TEDS）、地表及高空氣象資料、地形資料，計算空氣中氣膠粒狀物的濃度，並與檢測值對比修正，以達到可預測的成效。（3）與國家衛生研究院合作，於國內都市、鄉村、工業及背景四個區域進行PM2.5成分健康風險研究，結果給定了各區域PM2.5主要致癌/非致癌增量風險的特徵金屬成分，做為管制對象選擇的重要依據。前述各項研究成果發表於 Sci. Tot. Environ.、Environ. Pollut.、Aerosol Air Qual. Res.。

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Environmental Pollution 275 (2021) 116652

        近地表排放小區域即時監測時空分佈分析。與Prof. Ming-Yeng Lin 合作，集成一套電驅動移動監測系統，配備DustTrak、P-Trak、FMPS等鐳射粒狀物粒徑分佈計數器，以microAeth即時監測碳黑、PAS分析PAHs，搭配GIS建立即時監測地圖。通過耦合模擬增量類比與二維即時監測系統類比，高效定位都市優先管制物件與重點健康危害區，此系統亦可做為進地表源生排放管制策略確效技術，例如怠速熄火、洗掃街道、燃放鞭炮、空品淨化區設置等，研究成果發表於Aerosol Air Qual. Res.及J. Air. Waste Manage.。

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 優化廢棄物熱處理                                                                                                      

  • 集成中高度稀釋低氧（MILD）燃燒-熱熔技術

​        整合MILD燃燒及熱熔技術於一個燃燒器，利用爐內廢氣再循環預熱反應物並稀釋可燃氣，大幅降低NOx排放。通過CFD預測爐內循環熱-流-化多場相互作用規律，定量供應廢熱至熱熔區，促使CO、H2O、NOx與碳基化合物在乾燥區反應，後於二燃室快速氧化。集成技術避免了傳統過剩空氣焚燒的大量熱損，可節省高達48.7%的燃料，有效降低碳排同時顯著削減各類常規/非常規污染物排放，發表於Waste Management。

Waste Management 126 (2021) 706-718

  • 研究非穩定燃燒持久性污染物生成機制及控制技術

​        焚化廠起爐控制研究，削減臺灣非常規污染物排放。為避免廢棄物焚化啟爐階段不穩定的燃料/空氣、溫度、湍流、傳熱環境導致大量常規和非常規有害空氣污染物數千倍排放，造成巨大的潛在健康風險。通過控制階梯式升溫過程、活性炭及石灰吸附量與注入時間，以及含硫氮組分抑制劑噴注等優化手段，有效抑制POPs異相de novo合成，削減75%POPs排放，發表於J. Hazard. Mater.、Aerosol Air Qual. Res.等。

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        量化評估了“停爐”戴奧辛生成情況並深入分析其生成機理，通過驟冷法將底渣戴奧辛質量濃度減為1/850。利用循環水槽驟冷焚化底渣，測量不同溫度下戴奧辛再生成指紋變化，首次觀察到de novo再合成於<100°C氣相環境中仍持續發生，因低溫富氧空氣受高溫底渣加熱，在固體間隙局部高溫（200–400°C）下生成戴奧辛，並受外層冷表面抑制揮發，固相停留時間增加提高加氯反應，證實燃燒器停爐控制與起爐控制同樣重要。隨後提出通過控制停爐溫度降低燃燒底渣中POPs再合成，利用驟冷裝置將底渣中戴奧辛濃度降至自然降溫處理時的1/850，免去底渣熱熔/玻璃化後處理，降低焚化成本及碳排，發表於Waste Management。

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Journal of Hazardous Materials 299 (2015) 206-214

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Waste Management 95 (2019) 316-324

 可再生液態多元混合燃料研究—燃燒診斷、引擎及焚燒                                    

  • 微乳化燃料噴霧燃燒在引擎中的應用

​        將短碳鏈化合物與柴油微乳化應用於柴油引擎，促進高效低排放燃燒。通過超音波多層膜乳化技術製成熱力穩定的丙酮、正/異丁醇、乙醇、正/異丙醇–柴油乳液。此外，亦將酵粗產物經過濾與簡單蒸餾後的ABE含水溶液做為原料之一，製備穩定的微乳化柴油。因各組分間物化特性差異，促使一次霧化後的液滴在高溫下發生微爆，提升二次霧化及油氣混合品質，降低內燃機的比油耗、傳統/非常規有害污染物排放，並間接抑制了CO2-eq排放，為國際上早期提出並嘗試使用ABE作為內燃機替代燃料的學者，並在領域頂尖期刊Applied Energy 發表一篇 Highly Cited Paper。上述成果在國際內燃機界引起反響，帶動了美國的伊利諾大學、能源部橡樹嶺國家實驗室和北卡羅來納大學，英國的牛津布魯克大學，芬蘭阿爾托大學，澳洲的南昆士蘭大學，以及中國的中國科學技術大學、武漢大學、中南大學、天津大學和北京理工大學開展一系列研究。

​        通過火焰可見光、雷射陰影、紋影油束成像技術觀察乳化燃料噴霧、微爆、蒸發及燃燒過程，由此診斷特定乳化油增進內燃機性能及排放機理。發現乳化燃料具有較短油束穿透深度及較大錐角，一次霧化效果明顯優於柴油；由於分散/連續相的沸點及密度差異，油束點燃前油滴發生微爆現象改善了二次霧化；此外，定容燃燒彈試驗中，微乳液降低燃燒溫度並抑制PM及NOx生成，成果發表於Fuel。

​        闡述短碳鏈化合物低溫燃燒負溫度係數（NTC）抑制碳黑顆粒生成的反應動力學。為靈活控制發動機低溫燃燒（LTC）以達成NOx-soot的同步控制，使用具有不同NTC點火延遲影響的燃料，建立了層流擴散燃燒的2-D模型與實驗，並利用0-D模擬計算出低溫燃燒生成PAHs及soot前驅物A1的反應途徑與敏感度分析。發現有三種主要路徑，其中二種氧化反應強化了NTC現象而產生較大分子的烴類（約37-50%），抑制A1合成速率而進一步降低PAHs及soot生成；反之第三種高溫裂解途徑容易生成C2-C4。對於NTC越敏感的燃料，低溫燃燒易發生前二氧化途徑，抑制PAHs及soot排放。在2D物理化學耦合模擬則選出Keto-peroxide、CH2O表示NTC強度的中間產物。此法可探索各燃料燃燒排放的基礎反應動力，發表於ACS Omega。

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Applied Energy 109 (2013) 182-191

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Fuel 123 (2014) 218-229

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ACS Omega 6 (2021) 15156-15167

  • 含水廢油品與有機廢水的資源化研究

​        使用熱值低的廢溶劑連續乳化重油，循環利用製程廢熱與廢水，攻關零排放瓶頸。重油粘度高比重大，霧化效果差使得油氣混合不佳而燃燒不完全，能效低而排放高，且易致系統內積碳及鍋爐熱效率降低。將重油與含甲醇/異丙醇/丙酮的廢溶劑和廢水乳化後，既大幅改善燃料二次霧化效果，又回收了廢水的熱值，總熱效率提升>14%，並實現蒸汽鍋爐連續乳化供油燃燒；顯著油氣預混狀態改善同時抑制PM、CO、HC及PAH排放；油氣分佈更均勻，降低了火焰前端區域高溫發生進而抑制NOx生成；無硫、氯成分的溶劑取代部分重油，降低煙道中SO2及HCl濃度並減輕系統腐蝕，成果發表於Energy & Fuels。

​        提出含水廢食用油（WCO）焚化爐直燃與摻配柴油引擎利用技術。我國烹飪習慣產生大量WCO，現有加值利用技術包含均相催化（二次污染及耗水量大）、超臨界法（設備運行成本及能耗高）、生物酶法（產物甘油抑制產率與酶壽命），分別有其局限性且均伴生粗甘油處理問題。熱重分析研究發現，過濾處理後的WCO於500°C以上可快速氧化降解，適合定壓、連續的燃燒環境，可作為低熱值固體燃料的共燃燒使用（例如垃圾焚化、RDF-5燃燒），並因其含氧且含較低污染前驅物（硫、溴與芳香烴），可有效降低PAHs、Dioxins及PCDEs等排放。此外，將少量WCO與輕質油摻混後可穩定安全的用於柴油引擎，且於長期操作下具有良好潤滑效果，結果受Aerosol Air Qual. Res.刊登並重點關注。

        廢食用油轉酯化與粗甘油微乳化技術應用及可凝結性顆粒物削減的附加價值。將廢食用油通過均相催化產製柴油與粗甘油，將二者做為純柴油分別摻配成混合柴油與微乳化柴油，並在柴油機中測試其性能與排放。發現廢食用油轉化柴油添加量<20%時，各種工況下均可降低PM、金屬、PAHs、Dioxins及持久性有機污染物（POPs）排放，耐久性測試中則對於二、三期柴油車有顯著減排效果。另一方面，粗甘油可通過ABE溶液添加，利用超聲波微乳化技術形成直徑僅0.1 µm的均質分散相穩定微乳化柴油，並在單缸柴油機中進行測試，結果表明燃用微乳化柴油對PM、NOx及PAHs具協同抑制成效，其中，對於可凝結性顆粒物的顯著削減，將成為後續含水燃料燃燒及排放研究的重點，結果發表於Chemosphere。

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