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。
