跳到主要內容

科技大觀園商標

分類項目
Menu

PEM 電解儲能技術創新應用!如何於引擎清潔、醫療、半導體等跨領域激發「綠化潛力」?

112/02/24 瀏覽次數 3349
圖一:元智大學執行國科會「再生氫經濟 - PEM 電解儲能與綠氫產學聯盟」計畫,大幅深化與完整化國內 PEM 燃料電池技術產業鏈。(影像來源:shutterstock)

圖一:元智大學執行國科會「再生氫經濟 - PEM 電解儲能與綠氫產學聯盟」計畫,大幅深化與完整化國內 PEM 燃料電池技術產業鏈。(影像來源:shutterstock

本世紀的溫室效應持續上升,因此通過各種方法減少二氧化碳的排放已成為全球共識。 迄今為止,開發再生能源一直是主要目標。然而,再生能源的主要問題是受季節和環境因素影響的電力輸出不穩定,這將導致電網管理困難。

質子交換膜(PEM , Proton Exchange Membrane)水電解技術作為非高峰時期能量存儲的優勢在於其高電流密度、高純度綠氫產生、可模組化的系統。另外, 綠氫於各種高汙染產業運用更視為邁向淨零排碳的最後一哩路。

元智大學執行國科會「再生氫經濟 - PEM 電解儲能與綠氫產學聯盟」計畫,除深化與完整化國內 PEM 燃料電池技術產業鏈外,輔導 PEM 燃料電池業者轉型為 PEM電解技術研究(上游、中游、下游),與綠氫(與低碳臭氧)創新應用發展(儲能、引擎清潔、半導體、綠色藥物),同時完成人才培育。

本聯盟四個領域與第一年工作進展說明如下:

(一)儲能應用——PEM 燃料電池產業完整化

目前國內發展 PEM 燃料電池技術產品者多聚焦於燃料電池組(中游)與燃料電池系統(下游),本團隊輔導產業共同投入 PEM 膜材開發,將多孔鐵氟龍膜基材,經由基材表面改質後再填入導質子體溶液完成 PEM 膜材開發,應用於 PEM 燃料電池、PEM電解技術、以及液流電池等,預期可降低國內產業對國際大廠的依賴。

此外,本團隊積極溝通整合其他企業投入 PEM 燃料電池之膜電極組(PEM 膜加上陰陽極的組合件)試量產參數研究計畫,完成國內 PEM 燃料電池產業完整化的最後一張拼圖。

(二)綠氫(柴油)引擎清潔——PEM 電解技術創新應用

為降低燃油車用碳排與邁向車用電汽化方面,亞洲國家如中國大陸、日本、韓國等政府偕同國內產官學同時投入鋰電池電動車與氫燃料電池車商品化,包括車用電池研發生產與充電站 (加氫站),而臺灣產官學似乎偏重電動車相關產業。

有鑑於氫能燃料電池車有限發展空間,加上柴油車將是燃油車種中汙染用高且電氣化最難的車種,而本團隊於 2005 年起輔導企業轉型,由光通訊轉入 PEM 電解技術開發, 2014 年來更應用於引擎清潔並於國內外驗證獲得好評,不足處為清潔後的油耗節省並無系統性的車輛數進行規模驗證。

本聯盟特地情商關鍵機構提供柴油十部(四至六期新車)且歷經三個月的引擎清潔與耗油測試(第一期研究),並比對去年同期的油耗紀錄,初步獲得明顯油耗節省的優異效果,若是一至三期舊車則效果將更加顯著與驚艷。

(三)綠色醫療——特殊 PEM 電解技術創新應用

PEM電解除可製氫氣與氧氣外,若以特殊電極材料加上電壓控制可產製超氧( O3 , Ozone) ,其能耗明顯低於一般空氣電弧法(CD, Corona Discharge)由空氣中之氧氣分解製造,並可取代傳統化學氯氣運用於清潔、消毒、醫療等用途。

本團隊長時間耕耘本技術以及其所產生的三種氣體——氫氣、氧氣、臭氧整合應用於糖尿病等多種疾病綠色治療發明專利獲得(美國、中華民國、中國),獲得 2020 臺灣創新博覽會鉑金獎最高殊榮(機械類第一)。此一技術正與國際醫學機構洽談人體臨床研究與認證等工作。

(四)綠色半導體晶圓清潔製程——特殊 PEM 電解技術創新應用

臺灣半導體代工產業佔全球一半以上市場而聞名全球,特別是先進製程佔有率達七成以上,因地緣政治與經濟產業的重要性而盛譽為臺灣的護國神山,但相關設備多由美日所掌握與進口。

半導體行業是資源密集型行業,從電、水、化學品到原材料等。減少碳排放、降低化學物使用、以及有效利用水資源已成為(臺灣)半導體行業實現永續發展的關鍵議題,特別是蘋果公司要求全球供應鏈須於 2030 年提前達成碳中和目標。

在化學品減量使用的環保趨勢,加上先進製程更加微小化致化學清潔劑益需大量清水去除,先進晶圓製造業者積極尋求能減少濕式蝕刻製程中有害化學品(HF、NH3OH、H2SO4)用量的綠色解決方案,其中最被廣為研究討論的方案便是臭氧水。

臭氧製造的系統大致可分為紫外線法、無聲放電法、尖端放電法等,皆以空氣為進料。需先將空氣中的氮氣移除,再高能電擊解離成臭氧,需進一步溶於水中方能運用於晶圓清潔製程中。本聯盟特殊 PEM 電解製氫氣、氧氣外還有臭氧水(低能耗),除上述的綠色醫療外,本團隊已與晶圓清洗業者洽談合作,協助半導體代工業者晶圓製造過程的綠色化。

目前,本團隊已獲得國科會科研創業計畫,將大型化特殊 PEM 電解設備且與晶圓清洗設備商整合工作,後續應用於半導體晶圓製造綠色清洗作業。

圖二:PEM 電解設備照片,上圖為金屬外殼、下圖為塑膠外殼。(影像來源:元智大學機械工程學系教授鐘國濱)

圖二:PEM 電解設備照片,金屬外殼。(影像來源:元智大學機械工程學系教授鐘國濱)

圖二:PEM 電解設備照片,上圖為金屬外殼、下圖為塑膠外殼。(影像來源:元智大學機械工程學系教授鐘國濱)

圖二:PEM 電解設備照片,塑膠外殼。(影像來源:元智大學機械工程學系教授鐘國濱)

PEM 電解儲能與綠氫產學聯盟計畫,已獲得優於預期的成果

本計畫第一年度的重點工作除了協助產業完整化國內 PEM 燃料電池產業中的關鍵上游外,更帶動綠氫引擎除碳產品的利基性創新應用、規畫團隊特殊 PEM 電解技術(氫氣、氧氣及超氧三種氣體)於結合國際機構於特定疾病之綠色治療、團隊特殊 PEM 電解製超氧於整合於半導體業者先進半導體晶圓清洗的綠色化製程等四個核心子聯盟領域,皆已獲得優於預期的成果。

創用 CC 授權條款 姓名標示─非商業性─禁止改作

本著作係採用 創用 CC 姓名標示─非商業性─禁止改作 3.0 台灣 授權條款 授權.

本授權條款允許使用者重製、散布、傳輸著作,但不得為商業目的之使用,亦不得修改該著作。 使用時必須按照著作人指定的方式表彰其姓名。
閱讀授權標章授權條款法律文字

OPEN
回頂部