『您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態』

跳到主要內容區塊

工業技術研究院

:::

工業技術與資訊月刊

出版日期:

正方形 Icon 封面故事 Features

過去的無用之物 今日的黃金寶藏

陳玉鳳

隨著全球對於環保概念的重視,以及台灣產業轉型的迫切性,工研院持續以永續創新概念投入各種廢棄物、廢熱及廢氣(碳捕捉)回收技術的研發,徹底落實「一個循環中的廢料,就是另一個循環的養分」的理念。  

工研院的「TEMM 熱電材料與模組技術」便是瞄準 300℃以下的廢熱回收領域,更獲得全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)的肯定。「藍色經濟」概念創始人剛特.鮑利所提出顧全環境及經濟的雙贏之道,就在於將生態創新概念投入各類回收技術的研發。首先,在廢氣回收方面,利用碳捕捉與封存(carbon capture and storage ,CCS)技術,除了可降低高耗能產業,如燃煤、天然氣發電的碳排放量達 21 . 22% 之多,且由於捕捉的二氧化碳非常純淨,所以還可以應用在其他商業用途上。有鑑於此,工研院自 2006 年便投入碳捕獲與封存技術的研發,並已獨家開發出鈣迴路捕獲技術,可以直接從發電廠排放的空氣中捕捉二氧化碳。

與台泥合作 驗證低成本碳捕捉技術

為了證明此技術適合商業運轉使用,在通過 3000W規模的實驗後,工研院更於 2012 年與台灣水泥合作,安裝於 1.9MW 的水泥廠中,成為全球第一套適用於小型規模捕獲系統。「與台灣水泥公司合作發展 1.9MW實驗廠,是邁向商業化發展的重要里程碑,也代表直立式設計的鈣迴路捕獲技術,可以安裝在現有任何的發電廠,或者其他高耗能的產業中。」工研院綠能所所長童遷祥強調。

工研院之所以選擇與水泥廠現行製程結合,主要是看準水泥製造過程中,原本就會排放出大量二氧化碳,而導入鈣迴路捕獲技術後,則可以免除吸附材的採購與運輸成本,還可將捕捉過程所需的額外能源降低。

「和台泥合作的最大意義,在於驗證一個可行的營運模式,」童遷祥進一步說明,「不僅協助水泥廠捕捉碳,而且合建電廠,經由 CCS 技術讓產生的電力變成 清潔能源,且享有較高電價收入。」此外,台泥並可利用所捕捉到二氧化碳來養殖微藻,加以固化;同時,這些微藻可開發為生質能源或健康食品、藥品等,進一步創造新商機與就業機會,這也是碳捕捉技術所帶來的重要經濟效益。

在台泥的合作下,工研院已可將二氧化碳捕獲成本每公噸降低至 26 美元左右,相較於其他現有技術足足降低了近 50%左右。目前市面上碳捕捉技術的成本非常高,捕捉每噸碳的成本約為 50 美元左右,遠遠大於商業市場可以接受的 20 . 25 美元。為進一步降低成本,繼成功運轉 1.9MW 實驗廠後,工研院現正規劃建立一套適合 30MW 系統使用的設備,預計 2014 年底動工興建,朝向每公噸捕獲成本為 20 美元的目標邁進,藉此向全世界證明鈣迴路捕獲技術的可
行性。

從生活到產業、從產品到服務,節能減碳的概念已逐漸深植各處,除了廢氣的回外,廢熱也是其中非常重要的環節。在此方面,工研院開發的「TEMM 熱電材料與模組技術」是非常典型的成功案例。

與中鋼合作 回收廢熱變電力

基本上,在大型製造業製程中所產生的 500℃以上的高溫廢熱,已可採用汽電共生、廢熱鍋爐等成熟技術進行回收,但占廢熱總量約 65%的中低溫廢熱,即500℃以下的廢熱,卻一直缺乏經濟有效的回收技術;尤其是 300℃以下的廢熱,幾乎完全無法回收、再利用,形成製造業節能、環保的死角。

因此,工研院的「TEMM 熱電材料與模組技術」便是瞄準 300℃以下的廢熱回收領域。從經濟效益來看,全球目前熱電產品應用約有 5 億美元市場規模,預估2020 年達 30 億美元,是一極具發展潛力的新興市場,不容台灣產業錯過。

工研院的熱電技術已實際應用於中鋼的廢熱回收。中鋼表示,在 250℃以上的廢熱早已著手回收,年度廢熱回收率約 35%,但低溫廢熱回收受限於技術,無法好好利用,相當可惜,因此中鋼一直在尋找回收低溫廢熱的技術,而比較過現今低溫廢熱回收技術後,發現工研院的技術毫不遜色,且裝置成本更為便宜、使用空間小,於是決定導入工研院的熱電技術。技術導入後,針對中鋼 300℃以下低溫廢熱的回收,整年約可提供 1728 度發電量,且使現場作業環境溫度由 50℃降至 30℃。未來中鋼全面應用後,預估可直接減廢 95 G 大卡 / 年,產電 1.1 億度,相當於減少 14萬噸二氧化碳排放,約等於 185 座大安森林公園,效果可觀,此項熱電材料技術更獲得全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)的肯定。

未來,工研院將致力提升熱電材料的轉換效率,以及降低成本。基本上,熱電技術勝出的關鍵在轉換效率,目前全球最佳的轉換效率為日本的 7.2%,工研院則已達到 6%左右,工研院預期短期內將可提升至 8%; 3 年後則可達到 12%,甚至突破 14%,如此便可將廠商回收投資成本的時間,由 10 年以上縮短至 6 年以內,大大增加產業引進熱電材料技術的意願。現階段,工研院持續與鋼鐵、石化、水泥、煉油、汽車等產業的龍頭廠商合作,希望開創台灣熱電材料應用的新紀元,並進一步擴展海外市場。

此外,熱電材料還可應用於 3C 產業與其他產業,無疑是未來潛力不可限量的新科技,且同時可達到減廢減碳、產電節能的雙重效益,符合「藍色經濟」概念。

纖維素丁醇和木質素 不再是農林廢棄物

在工研院近期發展的技術中,另有木質素、纖維素丁醇等廢棄物回收技術,可說是完全符合「藍色經濟」所提倡的生物圈精神,也就是「生生不息」。其中的「零碳纖維素丁醇生產技術」(ButyFix),可望將各地農林廢棄物變成最有效的能源,為地球能源、生態環境與經濟提供新動能,在全球亟待突破的生質燃料領域中深受矚目。

基本上,當植物吸收了空氣中的二氧化碳,轉化為生質燃料,經過燃燒後再將二氧化碳排放出來,整個循環構成零碳排放,不像化石燃料是在短時間內,挖掘長期儲存於地底的碳來使用,令溫室氣體濃度快速增加,因此以生質燃料來取代化石燃料,已成為減碳環保的重要方式。

現 行 生 質 燃 料 的 運 用, 主 要 還 是 以 生 質 酒 精 (ethanol, 乙 醇 ) 為 主, 約 占 生 質 燃 料 中 的 70%。生質燃料的發展如火如荼,不過從應用面來看,丁醇(butanol)卻比乙醇還更具優勢。這是由於除了產物由酒精變成丁醇,與汽油滲混的效果更好,比率可以更高以外,更突破了傳統醱酵理論碳轉化率限制(67%),經過特殊馴養的菌株,可將原料中碳利用率提升至 100%,大幅減低生產過程的排碳量、有效提升非糧原料的利用率。

工研院的技術由於在丁醇的運用上有所突破,榮獲美國 2013 年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)能源科技類的肯定。

此外,在廢棄物回收方面,工研院成功研發取代雙酚 A 的綠色材質--木質素,有助於人類生活更健康、更安全。

基本上,在植物的構造中,纖維素約占 50%,木質素約占 25%,木質素的功能在維持硬度,支撐整株植物的重量。由於所有植物都含有木質素,可說是取之不盡,再者,台灣製紙廠生產紙後,捨棄排出的黑色液體即是木質素液,每年高達一億多噸,若能「廢物利用」,創造的經濟效益將相當驚人。

由工研院所研發的木質素(lignin)環氧樹脂,即是以生質材料木質素取代雙酚 A 製成的環氧樹脂,為台灣第一個環氧樹脂生質產品。目前,木質素環氧樹脂已通過 SGS 容器、食品器具、包裝衛生金屬罐等標準測試,確定無雙酚 A、重金屬的殘留,未來將可取代雙酚A 型環氧樹脂,製成罐頭等食品容器的防銹內膜,保障消費者食的安全。

從環保出發,進而產生經濟效益,這才是綠色產業的永續生存之道,上述工研院的廢氣、廢熱及廢棄物回收技術,正是此種理念的最佳體現。

從這些案例出發,在工研院的矢志研發及戮力投入下,台灣勢必能夠創造更大規模的綠色產業,這是台灣產業的願景,也是讓生活更便利、生命更圓滿、生態更美好。

下載全文PDF Icon下載全文PDF


延伸閱讀
[{"text":"企業網","weight":13.0},{"text":"材化所","weight":11.5},{"text":"機械所","weight":10.0},{"text":"綠能所","weight":9.4},{"text":"生醫所","weight":8.0},{"text":"半導體","weight":6.2},{"text":"南分院","weight":5.0},{"text":"太陽能","weight":5.0},{"text":"課程","weight":5.0},{"text":"遠紅外線","weight":5.0},{"text":"雷射","weight":4.0},{"text":"LED","weight":4.0},{"text":"LED可見光","weight":3.0},{"text":"5G","weight":3.0},{"text":"工研人","weight":3.0},{"text":"電光所","weight":3.0},{"text":"綠能與環境研究所","weight":3.0},{"text":"機械","weight":3.0},{"text":"資通所","weight":2.0},{"text":"面板","weight":2.0},{"text":"文字轉語音","weight":2.0},{"text":"實習","weight":2.0},{"text":"無人機","weight":2.0},{"text":"生醫","weight":2.0},{"text":"3D","weight":2.0},{"text":"v2x","weight":2.0},{"text":"員工","weight":2.0},{"text":"地圖","weight":2.0},{"text":"太陽光電","weight":2.0},{"text":"材料與化工研究所","weight":1.0}]