高效污染削減技術 讓科技發展與環境永續兼得

07 / 20 . 2021
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這幾年常在電視上看到原本許多緯度較高的地區出現連續高溫,或是雨季不來而出現極度乾旱,有的地方卻豪大雨不斷,溫室效應造成的極端氣候讓全球各國都不得不重新審視人們對地球帶來的污染與負擔。身為科技之島的臺灣,北有高科技的半導體光電業,南有民生基礎的傳產與重工業,如何有效處理成熟產業中產生的污染,絕對是臺灣躋身國際之林不可忽視的重要議題。

以半導體與光電業為例,在蝕刻電路等相關製程需要使用含有醇類、酯類的光阻劑,工程師會在基板上抹上光阻劑後進行曝光,再用溶劑把光阻劑清除,就可以把電路「畫」在基板上,可說是製程中重要的關鍵步驟,會左右IC晶片的性能及良率。而印刷、膠帶、塗裝等傳統產業亦常使用到含有芳香烴類、醛類的有機溶劑,這些有機溶劑揮發後即為揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds;VOCs),沒有辦法直接以一般廢棄物處理,且VOCs會在常溫常壓下逸散出刺鼻味,就像剛漆完油漆的房間有很重的「油漆味」也是VOCs揮發所導致。因此,產業需要藉由相關環保設備削減VOCs後才能進行排放。

經濟部技術處為了平衡科技發展與環境永續,委由工研院發展出「高效率VOCs污染削減技術」,結合環保設備廠,協助企業有效處理污染物。工研院綠能與環境研究所經理賴宇倫說,目前處理VOCs主要有高溫焚燒與觸媒轉化兩種,雖然後者效率更好,但主要的觸媒產品都掌握在美、日等國際大廠手上,一來交期不易掌握,二來技術有疑問時也難以即時處理。因此臺灣大多採用高溫焚燒的方式,以攝氏7、800度的高溫焚化削減VOCs,使之轉化為二氧化碳跟水後再排出。

即使削減效率可以達到95%,但過程需燃燒大量天然氣,不僅產生高溫,也相當耗能。尤其當加溫到達7、800°C時,一旦製程出現異常導致VOCs大量排放時,反應爐溫度會瞬間達到千度以上,倘若設備超過負荷,工安風險也就隨之產生。此外燃燒後產生的大量二氧化碳,也加劇對環境的負擔。因此賴宇倫與研究團隊從觸媒著手,希望發展國產觸媒,於較低溫度下就可高效率的削減VOCs,不但有效降低污染排放,也有助於節能減碳。

賴宇倫說,團隊掌握了超過20種觸媒組合,可依據不同狀況進行調配。以鉑(Pt)製觸媒為例,經由其研發的單原子技術,鉑粒徑只有0.1奈米,幾乎逼近原子的臨界值,配合合適的載體結構,可以將貴金屬的使用量降低到業界所需的五分之一甚至以下。賴宇倫比喻觸媒「就像醬油烤飯糰一樣,如果飯糰捏得緊緊的,就只有外面的飯粒會沾到醬汁,裡面還是白淨的;但只要飯粒之間有一絲空間,醬汁就會順著縫隙流進米飯中,米飯因為有醬汁佐味而更有風味、更好吃,也不易被浪費」。而團隊研發的「單原子觸媒磚」就像是烤飯糰一樣,想讓每一個鉑(米粒)都可以被有效使用。

這一塊符合商用規格尺寸為長寬15公分、高5公分的觸媒磚,用的是自有開發的單原子觸媒粉,與特殊黏著劑攪拌後,再把鶯歌生產的陶瓷磚「含浸」到觸媒液之中,就可形成一塊塊均勻分布墨黑如炭的成品,賴宇倫笑說是團隊砸破無數塊觸媒磚後才找出的最佳配方。

經濟部技術處以科技專案支持工研院開發國產觸媒,目前相關技術已取得專利保護,對於常見的VOCs,觸媒操作溫度只需要大約200°C就可以達到99%處理效率,不僅有助於大幅減少設備燒熔的工安風險,若是全面實施本技術,更將具備降低當前80%污染排放量之潛力。更重要的是,可以國產化提供產品與技術支援。目前已有國內環保設備業者投入合作開發,已進行產品測試超過半年,不僅在技術上獲得強化又有可期的利潤,效果十分良好,預估未來商業模式成熟後,衍生產值將是投資額的20倍,成為貨真價實的「綠金」。