工研院開發「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」解決方案,以高效率分離純化技術,從VOCs捕捉、溶劑純化到廢棄物資源化,融入製程之中,讓科技廠真正實現VOCs循環回收,榮獲2023年全球百大科技研發獎肯定。
淨零永續,碳永續管理,VOC

VOC循環利用友善環境創價值

資料夾icon 科技新知
行事曆icon 2023/11/17
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工研院開發「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」解決方案,讓科技廠真正實現VOCs循環回收,兼顧環境及商業考量,為臺灣產業開拓全新競爭力。

工研院開發「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」解決方案,讓科技廠真正實現VOCs循環回收,兼顧環境及商業考量,為臺灣產業開拓全新競爭力。


撰文/林玉圓

工研院開發「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」解決方案,以高效率分離純化技術,從VOCs捕捉、溶劑純化到廢棄物資源化,融入製程之中,讓科技廠真正實現VOCs循環回收,榮獲2023年全球百大科技研發獎肯定。

我們每天呼吸的空氣,多少含有汙染物質VOCs(Volatile Organic Compounds),它是各種揮發性有機物的總稱,包括苯、酮、烯、烴等類別,主要來自燃料燃燒、交通運輸、工業排放。科技業製程經常使用各式各樣的有機溶劑,無可避免也會產生不同的VOCs,一旦逸散或收集處理效率不佳,就會危害環境。

過去科技業的製程VOCs排放,都被看成沒有價值的「廢棄物」,大多採焚化、吸附、生物處理、酸鹼中和、掩埋等方式來處理,只求以最低成本處理方式,來符合法規或降低環境衝擊。工研院開發出「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」解決方案,以高效率分離純化技術,將垃圾變黃金,創造新價值,從VOCs捕捉、溶劑純化到廢棄物資源化,融入製程之中,讓科技廠真正實現VOCs的循環回收。

這項創新方案,率先與國內薄膜製造商達邁合作,導入其PI薄膜生產製程,PI薄膜屬於耐腐蝕的絕緣材料,用於軟板或電路板等科技製程,所產生的VOCs,回收再利用的難度非常高,主要原因是收集不易及純化困難。

一般科技業製程排放的VOCs,大多以有機溶劑的液態形式存在,很容易收集加以處理。然而PI薄膜製程所產生的VOCs,是以氣相存在,一旦逸散到空氣中,就很容易漏接;如果有VOCs逃兵未進入收集系統,將無法回收再利用,必須回歸傳統的作法,將其毒性破壞,當成廢棄物來處理,自然也談不上創造價值。


從捕捉到分離純化 克服重重難關

為克服氣相VOCs捕捉不易的挑戰,工研院以創新的吸收式濃縮技術,將PI製程尾氣有效地全數收集,再透過一連串的高效率純化技術,例如電壓蒸餾、共沸蒸餾、蒸發結晶、多效蒸發等程序,把已經成為混合物的VOCs,進行分離,萃取出可供再利用的單一原料。

工研院材料與化工研究所技術經理黃聖夫表示,「從混合物還原成單一原料,這個製程也很困難;當初混合時是採用高純度的原生單一原料,因此VOCs回收產生的原料也要達到相同純度,才有再利用的價值。」達邁採用工研院的「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」解決方案,VOCs廢氣得以純化萃取出高純度溶劑A和溶劑B,供給PI薄膜製程使用;此外達邁還萃取出兩個副產品,一是固態硫酸鈉,可供給染整產業再利用,二是液態的高純度溶劑,對外販售給其他科技業的製程使用。

導入此一創新方案的成果豐碩,達邁的PI薄膜製程所使用的有機溶劑,幾乎90%都能純化再利用。2022年一整年就回收了7,200噸溶劑,市值達1,000萬美元。


減碳減廢 快速回收成本

工研院材化所副組長黃淑娟表示,「此項技術的研發的初衷,是將廢棄物加以資源化,改變過去採燃燒或掩埋等損害環境作法,這在淨零時代尤其重要。」產業界普遍存在一個刻板印象:減碳是花錢的事,必須耗費額外的資源和成本。達邁導入此VOC回收純化技術,所建置的全新廠房,投資回收只花了2、3年,更達成雙重減碳目標,一是VOCs排放物不再需要燃燒處理,沒有碳排產生,二是VOCs轉化為有機溶機再利用,不須購買高碳排原料,既能減碳減廢,又能快速回本,對廠商是很大的誘因。

研發過程的最大挑戰,是最初的技術路徑選擇,「再好的技術,如果不適合終端應用,結果也是零分;」黃聖夫說,與工研院合作前,達邁已嘗試兩次不同的VOCs回收技術,包括沸石轉輪、活性碳等方式,效果都不盡理想。

工研院的強項是蒸餾技術,開啟了達邁的靈感,以蒸餾來進行VOCs的分離純化,再搭配多種化工基礎技術,與PI薄膜的製程串連,打造全新生產線。蒸餾塔的每個構件和填充物,也是團隊自行設計規格,再請國內的機械廠打造,展現臺灣的研發規劃及整合能力。

每家科技廠商的製程情境和溶劑配方不盡相同,VOCs廢棄物的形態也有差異,很難以同一個VOCs回收系統來滿足所有科技廠的需求。「VOC-3R近全循環利用-PI膜綠色製程創新」投入9年的時間開發,率先導入PI薄膜製程,讓達邁的PI薄膜VOCs回收,成為全球第一例。其嚴謹的系統架構,能夠依照廠商需求,進行高度客製化,未來還可應用於鋰電池、面板產業,讓國內科技業的廢棄物能夠循環再生,不僅減少碳排,也降低原料支出,兼顧環境及商業考量,為臺灣產業開拓出全新的競爭力。

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