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解決衝突的最佳利器-奈米粒子

102/03/29 瀏覽次數 18021
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
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