〈工業技術與資訊〉四大構面減碳技術一站購足

四大構面減碳技術一站購足。(圖:台電提供)
四大構面減碳技術一站購足。(圖:台電提供)

撰文/鄒明珆

「臺灣 2050 淨零排放路徑」中,「科技研發」與「氣候法制」是兩大治理基礎,而企業淨零轉型過程中,也須仰賴科技的突破。工研院「打造淨零時代競爭力」論壇暨特展,展出逾 40 項涵蓋能源供給、需求使用、低碳製造、環境永續等四大層面的減碳技術,期待攜手產業,正面迎接淨零碳排的機會與挑戰。

能源供給

創新太陽能發電技術
現行國內再生能源以太陽能的發展與推廣狀況最佳,然而太陽能板的布建需要大量的土地,發電穩定也仰賴充足日照,臺灣地狹人稠,如何在既有的布建面積下,提升太陽能發電量,除役太陽能板也能做到循環再生,不增環境負擔,是相當重要的課題。

工研院長期致力於太陽能發電技術,成功開發出「穿隧氧化鈍化接觸太陽電池」、「染料敏化電池」、「鈣鈦礦太陽電池與堆疊技術」,大幅提升發電效率與多樣化儲能應用。

「穿隧氧化鈍化接觸(TOPCon)太陽電池」(下圖左)透過鈍化技術,可降低光源反射,有效地提升光電轉換效率,在高溫環境下有著更好的穩定性。目前轉換效率已達達 23.5%,是市面上最具競爭力的商品化高效率太陽電池之一,能節省 10% 以上太陽能電廠用地面積,改善在陰雨天等低照度時的發電能力與烈日下的高溫衰減達 3%。

「染料敏化電池」(下圖中)可用於彌補太陽電池在光線不足的情況下難發電的缺點,讓電池在低光源環境下,仍然可以持續採集能量,現已使用於電動窗簾、消費性電子產品、感測器等弱光應用情境。「鈣鈦礦太陽電池」(下圖右)本身具有弱光發電的特色,同時鈣鈦礦/矽晶堆疊電池技術,為目前很有發展潛力的高效率太陽電池技術,備受國內外矚目。

在回收方面,工研院研發「高效熱解輔助綠色濕法高值循環技術」,以熱分解技術妥善拆解太陽能模組,取得完整乾淨之玻璃板,電池片分離後,經化學程序取得高純度矽與銀,不但整體回收率高,最終得到產品也有再利用價值高,且每片模組拆解處理能耗僅需 16 度電。

相較傳統模組的商業廢棄處理程序,破碎法造成模組各成分相互混雜難分離乾淨,熱解法可讓玻璃、電池與金屬焊帶達到完全妥善分離,回收材料經過清洗後成具有價值之再生材料,後續產業在使用再生材料時也可達製程減碳的目的。

工業製程餘氫發電及純化回收技術
氫是終極潔淨能源,是淨零碳排路上不可或缺的技術。工研院的「工業製程餘氫發電及純化回收技術」,將半導體、石化等產業製程中的副產品餘氫回收,用作燃料電池的燃料,創造潔淨綠電。

餘氫發電部分,研發團隊以獨創的封閉循環迴路機構及控制設計,開發出低氫氣濃度尾氣也可直接使用之燃料電池系統,可直接利用工業製程中的氫氣混合氣用於發電,突破過去製程餘氫難應用之困境,同時額外提供每年數千萬度的潔淨電力,既減少碳排放,又有新的經濟效益。

純化氫氣回收技術則有低成本、體積小、純度高以及純化效率高四大特色,以陶瓷金屬合金作為濾氫回收的材質,可減少鈀金屬使用量,並建立低成本濾氫純化技術,透過篩分隔離與質傳過濾雙機制,縮小純化器體積及成本,可把製程中 7 成餘氫回收,且氫氣純度提高至 99.9999% 以上,可回到產線再利用。

需求使用

沉浸式冷卻邊緣資料中心技術
除了從供給面提升能源效率,節能也是落實減碳的具體做法。工研院攜手日本第二大電信商 KDDI 及多家全球知名 IT 企業,共同開發「沉浸式冷卻邊緣資料中心技術」,以非導電且冷卻率高的液體,為資料中心產業解決散熱難題。

該技術具備五大特色:首先是伺服器的高密度配置,無須預留空間給空氣對流和主動式冷卻零件,有效提高伺服器排列密度及資料中心的單位空間運算力;二是結合通風窗、排風扇和特殊空間通道的設計,以更有效果的自然環境冷卻,取代傳統氣冷技術,達成節能目的;三是採用不必完全密封的單相冷卻技術,降低維修時冷卻資源的損耗,提高維修便利性;四是以「貨櫃型」模組化,可在 3 個月內快速建置;人性化的介面管理,協助 IT 人員可遠端即時監控資料中心設備的健康程度,並預測未來可能的溫度走勢。

目前沉浸式冷卻邊緣資料中心技術已串聯日本、美國、臺灣 22 家以上的相關供應鏈廠商,也與台灣雲端物聯網產業協會會員合作,建置日本在地解決方案,將資料中心的電力使用效率由 1.6 降至 1.1 以下,減少耗電逾 4 成。

低碳製造

低碳無毒微生物靛藍染料技術
快時尚風潮襲捲全球,其大量生產、快速汰換的特性,卻對環境造成更大的負擔。尤其紡織業所使用的靛藍燃料年需求超過 8 萬噸,其中的 99% 皆是透過化學合成方式生產,在生產過程中所產生的中間體,若未能妥善處理易造成汙染。

工研院的「低碳無毒微生物靛藍染料技術」,利用獨特的基因與代謝路徑設計,讓大腸桿菌生產出靛藍染料,為紡織產業提供安心無毒的染料新選擇。

此技術除了有低碳、無毒、製程永續循環的優點,在織物飽和度、水洗牢度及日光牢度上也都有新的突破,可達工業化規模穩定生產,估計每年還可減少 45 噸以上的二氧化碳排放量,助臺廠搶占綠色紡織商機。

智慧減碳排程系統
國際海事組織統計,全球 90% 貿易活動是透過海上運輸,而全球航運的碳排放量約為 2%~3%,若能提升海運的運輸與調度效率,將能減少更多的二氧化碳排放量。

工研院研發「智慧減碳排程系統」,協助長榮海運在面對疫情、區域戰爭及各種外在突發狀況時,透過混合整數線性規劃(Mixed Integer Linear Programming;MILP)的方式,統合平台資料庫所收集的相關資訊,最快可在 4 小時內提供船隊航行的航線順序、各航次航行時間、港序、換線、裝貨量、如何轉接貨等最佳化的決策建議。

在數據化與平台化加持下,該技術不僅加強了海運公司對船舶營運的掌握,將海運的調度作業效率提升 6 倍以上,1 年還可節省 3%~5% 的燃油費用、數 10 萬美元的人員培訓成本,以及 10%~15% 的碳排。

環境永續

二氧化碳捕獲及再利用技術
歐盟碳邊境調整機制(CBAM)第一階段將納管水泥、鋼鐵、鋁、肥料、電力五大高耗能產業,在兼顧生產與減碳之際,二氧化碳捕獲技術成為排碳大戶減碳的解決方案之一。

工研院研發「二氧化碳捕獲再利用技術」,透過高效能的新型二氧化碳吸收劑配方,自煙道氣中捕獲純度高達 99.9% 的二氧化碳,捕獲率高達 80%~90%,還可整合工廠餘熱和再生能源有效降低製程成本。捕獲的二氧化碳可用觸媒轉化為高經濟價值的化學材料,如聚氨酯樹酯(PU),可廣泛應用於鞋子、衣服、羽球拍等民生化工產品。

微藻固碳及加值化應用技術
捕獲的二氧化碳,除可投入民生化工產品的製造,還可運用「微藻固碳及加值化應用技術」,來養殖微藻,並提煉出生質燃料,亦可製成高值微藻保健食品、美妝產品,有效減少高排碳產業的二氧化碳排放量,兼具固碳、能源、廢水處理等效益。

工研院與台泥公司合作,以二氧化碳養殖「雨生紅球藻」,該微藻是臺灣本土的單細胞藻類,除了成長時間相對於國外養殖技術可縮短 50% 外,內含高價蝦紅素也多出 57%,可製成美妝保養品,還能強化眼藥水的抗氧化效果及具預防阿茲海默症潛力,用途相當廣泛,開啟固碳新商機。

創新服務

淨零碳排服務團暨永續碳管理平台
除了減碳技術,工研院也成立「淨零碳排服務團」及「永續碳管理平台」,從服務面協助企業強化減碳能力。

「淨零碳排服務團」結合政府政策、國際脈動與產業趨勢,提供三大服務範疇,包括:舉辦「淨零碳管理實踐研習活動」,建構企業的淨零碳排知識;提供「諮詢診斷服務」,應用永續碳管理平台,協助企業估算碳排放量,搭配跨領域顧問團,給予企業全方位的改善建議;還有「深度減碳輔導」,以淨零減碳先進技術及新興商業模式的輔導服務,提升企業競爭力。

服務團自 2021 年 9 月成立以來,已輔導並協助許多國內企業減少碳排放,例如協助中型塑膠中空成型業者,優化其內部電力、空調、空壓等系統,改善冰水系統並導入軟水與變頻空壓機設備,每年減碳量達到 41.05 公噸,成效可觀。

「永續碳管理平台」是由超過 20 年的生命週期評估技術能量及產業輔導經驗所建立,擁有超過 1 萬筆且橫跨近 20 種產業類別的臺灣本土資料庫,除了提供以引導的功能指引使用者盤查、計算、分析、產出碳足跡報告的功能之外,更提供低碳比較的功能,協助產業邁向更低碳的設計與製造。

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 362 期 2022 年 5 月號,未經授權不得轉載。


《工業技術與資訊》月刊 | 《工業技術與資訊》月刊

《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

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