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【產學合作】中山大學與中鋼攜手共創AIR HoPE 為地球與人類潔淨空氣帶來新契機

前瞻技術產學合作計畫
計畫名稱:AIR HoPE 產學研發中心
計畫主持人:國立中山大學化學系 王家蓁 副教授
合作企業:中鋼公司
成果介紹

空氣污染及懸浮其中的PM2.5為影響當前全球生態環境及人類健康最嚴重的環境因子。高雄地區長期為重工業環繞,使工業排放成為高雄地區PM2.5的主要固定污染源。克服當前技術瓶頸來防制PM2.5的生成或排放,對降低高雄地區之PM2.5乃當務之急。本「AIR HoPE 產學研發中心」(以下簡稱AIR HoPE)秉持「業界出題,學界解題」精神,由國立中山大學氣膠科學研究中心與中鋼公司合作執行,由中鋼公司根據實際場域所面臨待解決之議題,擬定三大關鍵研發主軸,包括: (一) 建立量測方法學、(二)開發新穎污染減量技術,以及(三)根據各製程特徵成分開發新穎過濾技術及高效能PM濾材。本計畫同時規劃環保與經濟法規研究、企業人才培育以及新產業價值創造之任務編組,期能培育企業潛力人才並將各項新發展之技術及材料延伸至其他有空污減排需求之產業,創造新產業價值。AIR HoPE 之組織架構請詳圖一。

【產學合作】中山大學與中鋼攜手共創AIR HoPE 為地球與人類潔淨空氣帶來新契機-1

圖片: AIR HoPE 之組織架構圖

AIR HoPE之各分項計畫,中鋼皆實質且密切參與其中並有一名博士級中鋼研發人員作為聯絡人,由聯絡人共同參與實驗規劃設計並與現場生產等單位協調使各研發階段得以順利開展,未來也將開發多項檢測、減排技術及高效濾材,包括

(1)檢測技術:無機氣體前驅物感測晶片、氣膠質譜儀
(2)減排技術:逸散源智能追蹤超細水霧抑塵技術、燒結白煙控制技術及細微煙塵異相凝結技術
(3)產品:高效能新穎濾材
(4)服務:根據國內外其他鋼鐵業者及產業需求,提供顧問諮詢及客製化減排規劃之服務

這些技術及產品可協助中鋼發展各種PM污染物的監測、減排與捕捉技術,並在不同製程產線上面建置這些即時檢測、製程減排及過濾的設備。由於空污及PM2.5問題不僅是全球鋼鐵業所有廠商共同面對的難題,也是許多工業面臨且亟待解決的重大議題,以上技術一旦發展成熟後亦可望將技術推廣至全球鋼鐵產業甚至有高度潛力在經過客製化調整之後,應用到其他有空污減排需求的產業中其他可能導致PM2.5 排放之工業。這些新穎技術或新興材料可望為企業挹注新的產業價值甚至衍生新創子公司,達到自主營運甚至財務獨立之長程目標。透過本AIR HoPE產學研發中心之執行運作,中鋼公司不僅能夠解決公司本身各場域及製程產線面臨的空污減排問題以及扮演原料提供者的傳統角色之外,更可透過其在環保減排領域的領先創新,為下游廠商、合作夥伴甚至國內外鋼鐵及其他產業之業者以顧問服務等方式來協助他們改善在製程過程當中所出現的各種空氣污染及PM2.5問題。

微型氣體感測器

氣體感測器之應用相當廣泛,除了應用於工業用途,亦可應用於公共場所或個人家庭,藉由氣體感測器可及早發現有害氣體外洩,減少人員傷亡及財物損失,有相當龐大之潛在市場。在國內氣體感測技術上,目前雖然有製造空氣感測系統的廠商,但氣體感測器的關鍵元件卻完全仰賴國外進口,國內並沒有可以自產氣體感測器關鍵元件的廠商。在氣體感測器研發部分大多由國外企業所領導,且大多是以電化學式氣體感測晶片為主,雖然準確度高,但體積較為龐大。
本計畫所採用的金屬氧化物半導體式氣體感測器則具備低成本、微小化、響應快速、可整合於 IC 製程等優點,較適合發展為手持式產品。本計畫將微型加熱器整合於微型氣體感測器中,以直接提供熱能來產生氣體感測器所需的高溫環境(大於 300°C),有別於目前市面上的半導體式氣體感測器需額外搭載一加熱腔體,以大幅降低整體氣體感測器體積與感測時所需之功耗。另外,本計畫致力於氨氣、硫化氫、甲基硫醇等無機氣體前驅物之感測晶片元件開發,並在金屬氧化物上導入奈米結構,以提升氣體感測響應率以及達到 ppb等級之偵測極限。這些關鍵技術特點突破將應用於異味擴散區域監測,不僅可望提升合作企業之實際場域監測能力,同時亦大幅提升我國氣體感測技術。

智能追蹤自動型超細水霧噴灑技術

智能追蹤自動型超細水霧噴灑技術結合多項核心技術特徵,包括超細水霧噴頭設計及優化技術、可精準判定逸散揚塵位置及範圍之影像辨識揚塵智慧監控技術。本計畫中之揚塵智慧監控技術可即時掌握揚塵位置及範圍並針對局部區域啟動水霧抑塵程序,以抑制污染物隨風飄散而擴大污染範圍,亦可即時監控空氣品質,以加速防制及預警程序。此系統擬設置於建築物的頂樓,在發生高污染PM2.5事件日時,進行校園水霧噴灑,可有效降低細懸浮微粒濃度及學童暴露於高濃度細懸浮微粒之時間,並可針對道路揚塵污染重點區域,例如:工業區、港區周邊地區。此項技術亦可望廣泛應用於室內原物料堆置場及港區碼頭的揚塵抑制,甚至可裝設於校園及車流量較大之路口,裝設逸散源智能追蹤超細水霧抑塵系統,實施即時且有效之污染防治作為。

燒結白煙控制技術

在燒結白煙控制技術開發上,計畫第一年研究成果,由陽明交大蔡春進教授所開發之設備,名稱為「結合微粒凝結成長及慣性衝擊技術的 PM2.5 控制設備」 (中華民國專利號I722956) 已通過專利申請,未來將套用在傳統產業與科技廠的汙染控制中達到節能、減排與循環經濟的願景。

細微煙塵異相凝結技術

本計畫開發之「細微煙塵異相凝結技術」規劃以細微粒子快速增長以協助合作企業解決排放細微粒子問題,此新穎技術整合了多種不同技術、重新設計、模組化及建立資料庫為極新穎的想法及技術。本分項計畫之細微煙塵異相凝結技術如順利開發成功,將在細微煙塵減排產業上有極大的商品化潛力。此技術已完成資料庫檢索,具備新穎性、進步性及產業利用性,經由本案之微粒凝結技術增大的微粒可直接導入現有的除塵裝置進行微粒排除,無須開發其他除塵裝置,有利於快速導入工業應用。另外此計畫建立的參數資料庫將可針對不同公司排放的成分及尺寸、分析最適合的操作參數,以期能將此技術推廣,並配合本計畫其它過濾技術,來降低其他產業類似的細微粒子排放問題。

顆粒狀污染物健康風險評估資料庫

本計畫同時規劃建立一有效分析顆粒相污染物對周遭環境與健康可能影響潛勢之研究機制,藉由鎖定鋼鐵業不同排放源,同時採樣分析氣相與顆粒相之表面指標性污染物,配合後續既有健康風險評估機制與細胞實驗,比較不同情境氣相與顆粒相污染物之健康影響差異,建立顆粒相有害污染物與公共衛生的結構關係並了解之間互動,以此提供未來鋼鐵業或甚至其它產業排放源因應永續發展治理策略之參考依據,進而有效溝通風險及管理政策以達到永續平衡發展。此一風險評估資料庫的建立亦可望以提供其他鋼鐵業及其他產業客製化風險評估服務或顧問諮詢的方式作為商品化的項目之一。

AIR HoPE可望產生極大的產業外溢效果
首先,中鋼是台灣鋼鐵業的龍頭產業,過往也不乏將其內部開發出來的先進技術,透過不同方式擴散到其他的鋼鐵下游廠商中。目前環境污染以及空污問題是鋼鐵業所有廠商共同面對的難題,如果中鋼公司可以成功的借助於本計畫開發出來的產品與技術,有效的了解公司所產生的環境汙染物,應具備經過實證的經驗與產品來降低空污,未來便可能透過各種不同的方式來協助國內的鋼鐵業者降低空汙問題。此外,本計畫所開發出來的產品與技術,不僅限於鋼鐵產業中,例如像是感測晶片、質譜分析儀,以及過濾捕捉PM2.5污染物的濾心,也有高度潛力在經過調整與改善之後,應用於其他有空污減排需求的產業中。本計畫具備之多面向外溢效果及其影響力,包括:

 1.協助業界提升氣體監測之完整性
 2.協助企業技術創新並建立PM2.5化學特性量測新方法
 3.協助企業開發PM2.5減量技術以達成永續發展之終極目標
 4.協助企業開發新穎過濾技術及高效能PM濾材
 5.新穎減排技術及材料為產業挹注新創產業價值