新能源時(shí)代即將來臨

1、減碳大作戰(zhàn)-降低機(jī)車廢氣排放對(duì)環(huán)境的衝擊摘 要新能源時(shí)代即將來臨，日本京都條約呼籲世界各國進(jìn)行減碳活動(dòng)，減少對(duì)環(huán)境的衝擊。在替代能源尚未廣泛使用前，化石燃料的使用仍然是不可避免的，利用化學(xué)反應(yīng)來減少機(jī)車排放的氣體是絕對(duì)可行的方法。利用自製的機(jī)車排放廢氣淨(jìng)化器具有以下的特色：一、環(huán)境減碳與減少污染物質(zhì)是未來生活的重點(diǎn)，在無污染的替代能源尚未普遍化前，石油利用仍是能源使用的主流，利用化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳及污染物質(zhì)轉(zhuǎn)換成無害或可利用物質(zhì)，是可行的構(gòu)想。二、原本被拋棄的貝殼，加熱後可用來吸附溶於水呈酸性的氣體。至於加熱貝殼的熱廢氣及二氧化碳則可通入溫泉藻培養(yǎng)槽中當(dāng)作營(yíng)養(yǎng)源。三、廢氣淨(jìng)化器所使用強(qiáng)熱過的貝

2、殼及海綿吸附的溫泉藻，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證實(shí)所設(shè)計(jì)的構(gòu)想是可行的。但是溫泉藻的更換及培養(yǎng)仍是要持續(xù)改善的地方。關(guān)鍵詞：廢氣淨(jìng)化器、化學(xué)反應(yīng)、減碳作用一、研究動(dòng)機(jī)現(xiàn)今環(huán)境中溫室效應(yīng)一天比一天嚴(yán)重，使地球上面臨危機(jī)，而機(jī)車所排放的廢氣也是造成溫室效應(yīng)的原因之一。為了改善溫室氣體對(duì)地球的影響，我們決定要從降低機(jī)車廢氣排放量開始做起，並利用自然與生活科技第一冊(cè)與第四冊(cè)課本中所學(xué)到的知識(shí)來解決問題。二、研究目的（一） 機(jī)車所排出廢氣的溫度、酸鹼值及二氧化碳的變化情形（二） 機(jī)車所排出廢氣淨(jìng)化裝置的設(shè)計(jì)（三） 強(qiáng)熱後貝殼對(duì)排出廢氣的溫度、酸鹼值及二氧化碳的影響（四） 泡水海綿對(duì)排出廢氣的溫度、酸鹼值及二氧化碳

3、量的影響（五） 所設(shè)計(jì)的裝置對(duì)機(jī)車排出廢氣的溫度、酸鹼值及二氧化碳量的影響三、研究器材透明壓克力板、壓克力接合劑、壓克力管、螺絲、塑膠軟管、廢棄貝殼、海綿、探針型金屬溫度計(jì)、廣用試紙、二氧化碳測(cè)定儀、光陽125機(jī)車、溫泉藻(Thermosynechococcus sp.)四、研究步驟（一） 機(jī)車所排出廢氣的溫度、酸鹼值及二氧化碳量測(cè)定1. 先將光陽125機(jī)車立定好並確定不會(huì)傾倒後才啟動(dòng)引擎。2. 啟動(dòng)引擎讓機(jī)車處於惰轉(zhuǎn)狀態(tài)，每隔3分鐘利用探針型溫度計(jì)、潮濕廣用試紙及二氧化碳濃度測(cè)定儀，測(cè)量並記錄所排出氣體之溫度、酸鹼值及二氧化碳量(照片13)。照片1：利用探針型溫度計(jì)測(cè)溫度照片2：潮濕廣用試紙

4、測(cè)酸鹼性照片3：二氧化碳濃度測(cè)定（二）實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)1. 至機(jī)車行請(qǐng)教資深技工有關(guān)排氣裝置。2. 請(qǐng)教專業(yè)老師並製作成成品，主要區(qū)分成五個(gè)部分：廢氣導(dǎo)入口、牡蠣殼去酸板、耐高溫的溫泉藻海綿、上下層連接管、排氣孔(照片46)。20.524122.51011單位：cm24照片4：乘裝容器尺寸圖3. 操作方法(照片58)(1) 先將貝殼去酸板排放在盒中蓋上蓋子，將廢氣導(dǎo)入口與排氣管緊密接合。(2) 貝殼去酸板盒子的氣體出口以連接管連接溫泉藻類板的盒子上。(3) 放入吸附溫泉藻的海綿。(4) 裝設(shè)完畢就可使用。不用時(shí)也可以拆卸放入行李箱，或是置於較熱處照光即可。照片5：容器設(shè)備及螺絲照片6：組裝完成照

5、片7：填充牡蠣殼板照片8：裝置完成（三）填裝強(qiáng)熱過的貝殼對(duì)排出廢氣的影響(照片911)1. 先將空的裝置接上排氣管，作為對(duì)照組。2. 待機(jī)車惰轉(zhuǎn)6分鐘後同步驟（一）之2。3. 依次填裝10克、30克、50克、70克、100克強(qiáng)熱過的貝殼(照 片9)。4. 同步驟（一）之2。照片9：填裝強(qiáng)熱過的貝殼時(shí)溫度測(cè)量照片10：填裝強(qiáng)熱過的貝殼時(shí)酸鹼性測(cè)量照片11：填裝強(qiáng)熱過的貝殼時(shí)二氧化碳濃度測(cè)量（四）填裝海綿後對(duì)排出廢氣的影響(照片1214)1. 將貝殼倒出後，在第二層裝入乾燥海綿測(cè)試作為對(duì)照組。2. 將海綿浸泡清水後靜置3分鐘直到不滴水為止，再放入裝置的第二層測(cè)試。3. 再將海綿浸泡於溫泉澡培養(yǎng)液中

6、，靜置至不會(huì)滴水，然後放入裝置的第二層測(cè)試。4. 待惰轉(zhuǎn)6分鐘後，其餘步驟同步驟（一）之2。照片12：填裝海綿時(shí)溫度測(cè)量照片13：填裝海綿時(shí)酸鹼性測(cè)量照片14：填裝海綿時(shí)二氧化碳濃度測(cè)量（五）完整裝置對(duì)排出廢氣的影響(照片1517)將強(qiáng)熱過的貝殼及浸泡過的溫泉澡的海綿置入裝置，待惰轉(zhuǎn)6分鐘後，再依步驟（一）之2測(cè)量記錄結(jié)果。照片15：接上淨(jìng)化器的溫度測(cè)量照片16：接上淨(jìng)化器的酸鹼性測(cè)量照片17：接上淨(jìng)化器的二氧化碳濃度測(cè)量照片18：溫泉藻五、研究結(jié)果（一）機(jī)車所排出的廢棄測(cè)量結(jié)果如圖1，引擎啟動(dòng)後的3分鐘所排出氣體溫度，酸鹼度及二氧化碳量會(huì)有所變化，6分鐘以後就趨於穩(wěn)定。（二） 根據(jù)訪問5位資

7、深機(jī)車技工的結(jié)果，顯示機(jī)車所產(chǎn)生的廢氣，只要是來自氣缸中汽油燃燒所產(chǎn)生，如果發(fā)生以下問題就會(huì)產(chǎn)生排氣上檢驗(yàn)不合格。1. 點(diǎn)火系統(tǒng)不良。2. 氣門及排氣閥調(diào)整不良會(huì)造成混和氣過度稀薄。3. 空氣濾清器阻塞不順。4. 排氣量不順暢均會(huì)造成所排出的廢氣轉(zhuǎn)換，讓所產(chǎn)生不合格氣體量增加，而且機(jī)車出廠前還會(huì)加增觸媒轉(zhuǎn)換氣，讓燃燒不完全的氣體充分氧化。（三）由環(huán)保署96年公告的機(jī)車排氣檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，檢驗(yàn)的項(xiàng)目包含一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、二氧化碳（CO）及粒狀污染物的排放量，97年出廠的機(jī)車要加驗(yàn)氮氧化合物。（四）依據(jù)所構(gòu)想的淨(jìng)化器設(shè)計(jì)的裝置（如照片19.20）共可分為五個(gè)部分：廢氣導(dǎo)入口、牡蠣殼

8、去酸板、耐高溫的溫泉藻海綿、上下層連接管、排氣孔。1.廢氣導(dǎo)入口：以可以耐高溫之壓克力管製作成接頭，直接套在汽機(jī)車的排氣管出口。2.牡蠣殼去酸板：將煅燒過的牡蠣殼接合成板狀，並且留下一些空隙，以便氣體能夠流動(dòng)。導(dǎo)入的廢氣中所蘊(yùn)藏的水氣和酸性氣體與煅燒過的鹼性牡蠣殼會(huì)進(jìn)行酸鹼中和，產(chǎn)生硫酸鈣(石膏)，降低排放氣體的酸性。3.耐高溫的溫泉藻海綿：將藻類板裡的海綿切成四塊，避免氣體堵塞，再以海綿吸取耐高溫的溫泉藻，裝於透明耐熱塑膠盒中。當(dāng)通過去酸板的二氧化碳?xì)怏w可以充當(dāng)溫泉藻進(jìn)行光合作用的原料，不僅可以降低二氧化碳的含量更可排出氧氣。4.上下層連接管：由於溫泉藻海綿必須照光才能進(jìn)行光合作用，所以必須

9、放於上層，加上海綿須吸水分提供藻類存活，上下層間就必須有連接管來控制氣體流動(dòng)及防止上層的水逆流堵塞排氣的順暢性。5.排氣孔：讓光合作用產(chǎn)生的氧氣和來不及作用的剩餘廢氣，可以經(jīng)由排氣孔排除。上蓋導(dǎo)氣入口緩衝區(qū) 上下層導(dǎo)氣管 廢氣導(dǎo)入口去酸牡蠣殼板導(dǎo)氣入口緩衝區(qū) 吸附溫泉藻的海綿照片20：作品構(gòu)造標(biāo)示照片3：氣體流動(dòng)路線圖（五）淨(jìng)化器底層填充強(qiáng)熱過的貝殼後，由圖2中發(fā)現(xiàn)排出氣體的溫度下降有隨貝殼質(zhì)量增加的趨勢(shì)，超過50g貝殼溫度下降情形就較為緩和，酸鹼度的變化與貝殼的填裝量並沒有明顯的規(guī)律性，但是潮溼的廣用試紙測(cè)試偏綠色，有逐漸中和的跡象。二氧化碳的含量也是隨這貝殼塡加量而減少，但是貝殼量在70g

10、與100g時(shí)氣體出口處氣體流量變小。（六）由圖3中可以發(fā)現(xiàn)只有海綿時(shí)溫度下降情形均較泡過水及含有溫泉澡時(shí)來的少，酸鹼度變化不明顯，二氧化碳量則是泡過溫泉澡泡過水乾燥的海綿，甚至比只填加貝殼時(shí)來的好。（七）機(jī)車廢氣淨(jìng)化器填加50克強(qiáng)熱過的貝殼與泡過溫泉澡的海綿在測(cè)試結(jié)果（如圖4）降溫效果較分項(xiàng)測(cè)試的效果更好，酸鹼度更接近中性，而且二氧化碳減少比率也有明顯優(yōu)於單項(xiàng)測(cè)試。六、討論（一）機(jī)車引擎的動(dòng)力主要來自氣缸中油料瞬間爆炸所產(chǎn)生的力量，而汽油燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物未完全燃燒的碳?xì)浠衔锛傲钗廴疚铩Ｈ毡揪┒紬l約中明列工業(yè)國家需進(jìn)行“減碳計(jì)劃”，減少對(duì)環(huán)境污染及氣候

11、變化的衝擊。目前機(jī)車上所使用的觸媒轉(zhuǎn)換器僅能讓油料充分燃燒利用，對(duì)於二氧化碳、二氧化硫並無法回收，而且廢氣並未進(jìn)行降溫處理。（二）機(jī)車在惰轉(zhuǎn)狀態(tài)的前6分鐘，加油線僅能進(jìn)行緩慢加油，引擎及器械運(yùn)轉(zhuǎn)尚未達(dá)到熱機(jī)狀態(tài)，造成排出氣體的溫度上升快速，酸鹼度pH 67間跳動(dòng)，二氧化碳的產(chǎn)生量也起伏不定，6分鐘之後則趨於穩(wěn)定狀態(tài)。（三） 為了達(dá)成所排出廢氣減碳及降溫的功效，淨(jìng)化器的設(shè)計(jì)則是採用物理方法降溫及過濾粒狀污染物，利用化學(xué)反應(yīng)回收部份二氧化碳及二氧化硫等氣體。（四） 貝殼的組成根據(jù)課本所記載其主要成分為碳酸鈣，但是清洗後使用仍會(huì)產(chǎn)生惡臭的腥味，所以才決定使用強(qiáng)熱過的貝殼，而且貝殼強(qiáng)熱過程中會(huì)產(chǎn)生氧化

12、鈣及二氧化碳（反應(yīng)式1），而氧化鈣溶於水會(huì)形成鹼性的氫氧化鈣（反應(yīng)式2），可與溶於水中的二氧化碳所形成的碳酸（反應(yīng)式3）及二氧化硫所形成的亞硫酸進(jìn)行酸鹼中和（反應(yīng)式4）所形成的碳酸鈣及亞硫酸鈣（反應(yīng)式5.6），則可以充當(dāng)土壤，並與煅燒貝殼所產(chǎn)生的二氧化碳和熱氣作為藻類培養(yǎng)介質(zhì)。碳酸鈣(強(qiáng)熱) 氧化鈣二氧化碳.（1）氧化鈣二氧化碳 氫氧化鈣 . (2) 二氧化碳水 碳酸 .（3）二氧化硫水 亞硫酸.（4）氫氧化鈣碳酸 碳酸鈣水.（5）氫氧化鈣亞硫酸 亞硫酸鈣水.（6）碳酸鈣酸 二氧化碳水鈣離子.(7) 二氧化碳水 氧氣葡萄糖 .(8) (五)氣體緩衝室是機(jī)車所排廢氣通過貝殼層時(shí)，會(huì)造成氣體流動(dòng)速

13、率減緩，而且有新的氣體產(chǎn)生(反應(yīng)式7)，為了避免逆衝回排氣管，阻塞氣缸排氣的順暢性所設(shè)計(jì)。(六)海綿本身具有孔隙，吸水時(shí)會(huì)在孔隙間形成水膜，具有吸收氣體熱量及過濾效果，而且提供溫泉藻吸附並進(jìn)行光合作用的環(huán)境。(七)溫泉藻是由彰化師範(fàn)大學(xué)生物系所取回需培養(yǎng)在高溫環(huán)境（4060）的藍(lán)綠藻(Thermosynechococcus sp.)，可以利用加熱貝殼所產(chǎn)生的熱廢氣及二氧化碳導(dǎo)入水中作為溫泉藻的培養(yǎng)基。而溫泉藻本身可以利用光合作用(反應(yīng)式8)來達(dá)到減碳及降溫效果，但是要普遍化利用尚是待改進(jìn)的問題。（八）由圖2中機(jī)車廢氣通過貝殼層時(shí)，pH值比未裝填貝殼時(shí)接近中性，符合了所預(yù)期的構(gòu)想。但是，溫度和二

14、氧化碳的降低並非完全如構(gòu)想，因?yàn)椴樵冑Y料發(fā)現(xiàn)反應(yīng)式2.3.4.5.6.7均為放熱反應(yīng)，而且反應(yīng)式5所形成的碳酸鈣，遇到酸時(shí)會(huì)再分解成二氧化碳（反應(yīng)式7）。至於下降的溫度是則是因所排放氣體的流速變慢而與貝殼及空氣相混合，達(dá)到降溫效果。而二氧化碳量的減少，也可以推測(cè)貝殼層吸附的功能大於分解的影響，淨(jìng)化器底部殘留一小部分白色的泥狀物，將其刮取一小部分，放入稀鹽酸中產(chǎn)生少量的氣泡，可以證明這些泥狀物含有部份的碳酸鹽，至於未反應(yīng)的部份推測(cè)是亞硫酸鈣。（九）圖3中單獨(dú)只有泡水海綿在降溫效果和二氧化碳減少的量有明顯下降，但是pH值並沒有太大差異，而且二氧化碳只是暫時(shí)溶解沒有轉(zhuǎn)成其他物質(zhì)，所以最後還是會(huì)釋放出來。（十）圖4中貝殼與泡水海綿對(duì)於廢氣的改善具有加成的反應(yīng)，降低溫度減少二氧化碳及提升pH值均有明顯的效果，若是依設(shè)計(jì)使用溫泉澡則減碳效果更加顯著。七、結(jié)論（一）環(huán)境減碳與減少污染物質(zhì)是未來生活的重點(diǎn)，在無污染的替代能源尚未普遍化前，石油利用仍是能源使用的主流，利用化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳及污染物質(zhì)轉(zhuǎn)換成無害或可利用物質(zhì)，是可行的構(gòu)想。（二）原本被拋棄的貝殼，加熱後可用來吸附溶於水呈酸性的氣體。至於加熱貝殼的熱廢氣及二氧化碳則可通入溫泉藻培養(yǎng)槽中當(dāng)作營(yíng)養(yǎng)源。（三）淨(jìng)化器所使用