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解決衝突的最佳利器-奈米粒子

102/03/29 18152

黃承揚｜英商牛津儀器

2013年3月，大陸北京持續深受霧霾壓境之苦，中國官員指出：「北京空氣污染已達到危險程度。」時間回在2013年2月28日，北京空氣質量指數PM2.5每立方米超過400微克，已被世界衛生組織(World Health Organizatin，WHO)認定達到危險程度。WHO對空氣質量指數的安全標準是：每立方米不超過25微克；若超過300微克，明訂所有老人、孩子應留在室內，以避免呼吸道疾病。而歸根究底，如此嚴重的空氣汙染主因在於大量燃燒不完全的汽車尾氣，與火力發電所排放出的二氧化硫(SO2)、一氧化碳，與氮氧化物等污染物。

回觀台灣，在經濟導向催促下，電力需求與日俱增，但因日本福島核災卻加深國人對核能安全之疑慮，使得第四核能發電廠是否續建的議題再度浮上檯面；然於現今綠能發電的效率與規模尚未普及前，唯一能替代核能技術即是火力發電，但火力發電產生的空氣污染與龐大碳排放，卻是溫室效應最大的貢獻者，此也非我們所樂見，且若廢核而蓋火力電廠，會不會使台灣成為第2個灰濛濛的北京呢？

在經濟與環保衝突的十字路口上，什麼是兩全其美的解決之道？答案就是─「奈米粒子」。

奈米粒子是污染問題的最佳解決方案，我們毋須在核能與火力發電的矛盾中找解答，而是利用高科技解決現在的衝突。「奈米粒子」的發明，可讓我們兼顧經濟發展與環境保護─奈米稀土材料、奈米鈦酸鈷(CoTiO3)粒子正是空氣的潔淨大使。奈米鈦酸鈷(CoTiO3)粒子是種非常好的脫硫催化劑；奈米稀土材料為高活性觸媒，是一氧化碳(CO)和氮氧化物（NOC）等問題的剋星，介紹如下：

1.奈米材料─鈦酸鈷(CoTiO3)粒子
火力電廠煤燃燒的過程無法有效燃燒完全，所排放的廢氣當中有高含量的二氧化硫氣體，使空氣酸化且具有刺鼻氣味；若在反應爐燃燒煤時添加奈米級助燒催化劑─55-70nm的奈米鈦酸鈷(CoTi03) ─則不僅可使煤充分燃燒，不產生一氧化硫氣體，並可將硫轉化成固體硫化物，從而杜絕S02氣體的產生。而奈米化的鈦酸鈷粒子，與傳統助燒劑最大不同在於奈米粒子比表面積大、空間懸鍵多、吸附能力強，使催化效果倍增，提高燃燒能源轉換效率，是火力發電推向無污染的重要技術。

2.奈米稀土材料─鈰(Ce)與鑭(La)氧化物
汽車引擎燃燒不完全所排放出的尾氣，含有高量的一氧化碳和氮氧化物，須加裝觸媒轉換器將有害物質轉變成無害的氮氣(N2)與二氧化碳(CO2)，過去都用貴金屬鉑、鈀、銠作為觸媒，今日奈米稀土材料的開發成功，取代貴金屬已是趨勢。稀土材料鈰鑭氧化物，具有高活性的原子結構特性，易與任何元素鍵結反應，若將鈰鑭氧化物製成奈米粒子(20~60nm)，由於比表面積遽增，與奈米尺寸效應，大幅提升觸媒轉換效率100倍以上，同時降低轉換溫度，應用於汽車觸媒轉換器時，有其他材料無法比擬的效果，使汽車排放達成零污染。

為追求經濟起飛而讓環境陷入危難，總是每個發展中國家所須面對的課題，藉由奈米粒子比表面積大、空間懸鍵多、吸附能力強的特性，可讓我們在經濟與環保中取得平衡點，更可避免民眾不必要抗爭的社會成本，無怪乎科學家紛紛宣稱奈米技術是第4次工業革命，來達成環保科技的未來。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

火力(5) 科發月刊(5210)

解決衝突的最佳利器-奈米粒子

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