台大薄膜蒸餾技術助抗旱 使海淡與工業再生水產能翻倍、能耗減半 | 環境資訊中心

台大薄膜蒸餾技術助抗旱 使海淡與工業再生水產能翻倍、能耗減半

2021年04月20日
環境資訊中心記者 黃思敏報導

面對56年來大旱,台灣應如何拓展多元水資源?今(20日)台灣大學水科技與低碳永續創新研發中心召開記者會,針對海水淡化、工業廢水處理發表「薄膜蒸餾」與「電容去離子」兩項最新科技。其中,薄膜蒸餾技術加入太陽能與仿生概念,不僅薄膜耐污,產水率增加一倍,能耗減少一半,有望解決缺水困境。

台灣大學水科技與低碳永續創新研發中心專家學者及學生。黃思敏攝
台灣大學水科技與低碳永續創新研發中心專家學者及學生。黃思敏攝

水庫蓄水量下降  產業擴張水不夠用

台大工學院水科技與低碳永續創新研發中心副主任游景雲指出台灣汛期與旱期的降水分佈相當不均勻,八成降水都在汛期(5月~10月間),但偏偏用水需求最大的春耕時間為旱期,因此過往水庫很重要的功用,便是要把汛期的水留到旱期去使用。

然而隨著水庫淤積,全台水庫的蓄水量持續下降。游景雲分析,近年來河川引水量、地下水及海淡水的用量上升。「台灣的地下水一直都是超抽的狀況」,游景雲以2015年的數據為例,地下水的年滲透量為50.52億立方公尺,使用量卻是55.19億立方公尺。

此外,台灣各地的用水需求也隨著產業、人口而改變,游景雲表示,板新與桃竹地區因工業及人口持續增加而用水不足,中南部則隨著台積電等產業擴張的需求而面臨用水缺口。水利署目前已規劃在新北雙溪、苗栗天花湖與台南南化,興建三座新水庫。「應從成本效益的角度來分析到底值不值得蓋。」游景雲指出,在缺水時海水淡化、污水再利用,也能提供非常大的用途。

「陽光一照就能產水」學者結合仿生技術與太陽能  降低水處理能耗    

「台灣缺水也缺電,選用污水回收的技術時要特別謹慎,不能用電來換水。」台大工學院水科技與低碳永續創新研發中心主任駱尚廉表示,台大師生積極研發、提升水資源永續使用的各項技術,今日發表二項皆由台大研發並取得專利、已有實際產學合作應用的技術,可望解決過去工廠「以電換水」,消耗大量能源的難題。

以海水淡化技術而言,過往主要使用逆滲透(RO)及蒸餾技術,然而這兩種技術都需要興建龐大廠房及消耗大量能源。台大化學工程系教授童國倫指出,團隊最新研發的「薄膜蒸餾技術」(Membrane Distillation,簡稱薄膜),產水率是RO的一倍、結合太陽能後耗能僅RO的一半。成本方面,1噸的RO水約新台幣15~20元,薄膜則可降到10元。

「希望這個技術能夠超前部署,為台灣的水資源及工業廢水處理找到新方法。」童國倫說明,薄膜可應用於海水淡化、過濾工業廢水甚至是核廢水。為了突破過往薄膜膜材使用壽命太短、能耗相當高的問題,童國倫與團隊利用仿生的概念,模仿昆蟲表面特殊的凹角結構,形成表面張力讓髒污不會跟著液體留在物體的表面,達到薄膜的透氣、防水、耐污。

此外,薄膜本身就可以吸收太陽光產生熱能,「太陽光一照就會產生熱能產生水蒸氣,成為低能耗的薄膜系統。」童國倫表示,目前團隊已經在各個大型公司內實測這項技術,他表示目前工業界遇到鹽類濃度高的廢水仍無解,「只能花很多的錢買燃料,把水蒸發掉,最後留下高濃度的污泥。」他表示,薄膜將可以協助再利用過往沒有技術處理的末端高濃度排放廢水。

台大化學工程系教授童國倫介紹「薄膜蒸餾技術」。黃思敏攝
台大化學工程系教授童國倫介紹「薄膜蒸餾技術」。黃思敏攝

電車儲能裝置也能協助淨水  助高科技產業循環利用廢水

台大環境工程學研究所教授侯嘉洪則是利用能源儲存裝置的概念,以「電容去離子」(Capacitive Deionization,簡稱CDI)技術產製再生水。侯嘉洪說明,目前水處理主要需除去水中帶有電荷的污染物質(離子),然而離子非常小、又沒有重量,過去就只能使用過濾的方式。

侯嘉洪表示,CDI即是把過去電動車常使用的能源儲存技術應用在水處理,其原理是透過微弱的電壓形成電場,「讓水中的正、負離子分別往正、負兩極跑」,並且透過具有奈米孔洞的碳電極吸附、儲存離子。

侯嘉洪指出,目前產生1噸的海淡水大概需要3度電、再生水需要1度電,CDI大概只需要0.5度的電,「希望能協助對水質的要求相當高、甚至需要超純水的高科技產業,加速發展廢水循環使用。」侯嘉洪表示目前團隊所研發的技術,已經完成國內技轉與成立新創公司,率先國際於台灣進行市場驗證。

「電容去離子」儀器。黃思敏攝
「電容去離子」儀器。黃思敏攝

資料來源:經濟部水利署水源經營組及水文技術組。 說  明:<>以降雨量為基數     ( )以年逕流量為基數     [ ]以年利用總水量為基數
2015年水資源運用狀況,說明:<>以降雨量為基數;( )以年逕流量為基數;[ ]以年利用總水量為基數;紅、藍底色方框數據為與2006年相比的增減值(單位為億立方公尺)。資料來源:經濟部水利署水源經營組及水文技術組。截自游景雲會議簡報

作者

黃思敏

用容量小小的腦袋練習傾聽與放空,希望所有的溫柔與善良都能被好好地安放。