【記者陳筱雯報導】半導體產業及電子製造業讓台灣的經濟日益高升，然而它們在賺錢的同時，也在排放含氨廢水，污染水資源。國立中央大學材料科學與工程研究所教授洪緯璿團隊與國立中山大學光電工程學系教授林煒淳團隊合作，開發出高熵奈米陶瓷觸媒，可以幫助含氨廢水分解成氫氣，在90分鐘內實現99％的氨降解率，並在工程中近乎零碳排放，這項發明獲得未來科技獎並於13日發表在《Nature》子刊《npj | Clean Water》期刊。 氫氣能源發展可分為生產面、儲存面、應用面，高熵奈米陶瓷觸媒屬於生產面的突破。將五種不同的金屬元素依比例混合即為高熵，這次材料選用的元素有鐵、鈷、鎳、銅、錳。為了讓各元素融合，洪緯璿團隊選用快速床熱解法（註一），他說：「為了要讓元素均勻的分布，必須要有能夠快速升溫、降溫的製程技術，才能製作出不同元素都散佈均勻的材料。」最後將含氨廢水或液態氨輸進電解器，使其在外加電場的驅動下，有效進行水分解及電化學氨氧化反應（註二），將氨轉換並同時生產出氫氣及氧氣。 註一：能夠快速升溫及快速降溫的製程技術，使元素在材料中能夠均勻的分布。 註二：在電解槽中施加電流，使含氨廢水在陽極發生氧化反應，產生氧氣，同時在陰極發生還原反應，產生氫氣。 國立臺灣大學環境工程學研究所教授童心欣解釋含氨廢水會導致優養化及毒害水生生物，「如果進到飲用水體系，會氧化為硝酸鹽，量大對嬰兒有毒性。」國立中央大學材料科學與工程研究所碩士生徐意淳表示，降解氨廢水的傳統做法如：中和法、化學沉澱法、氯化法等，降解氨的效率通常在 50到90％之間，有較高濃度的氨殘留，「傳統化學處理法難以有效達到汙水排放標準，希望能開發出更環境友善且高效的處理技術。」除了降解率低之外，操作複雜、成本高、耗時長也是問題。而新創的高熵奈米陶瓷觸媒，利用電解法，能夠有更高的降解率。 「在邁向2050淨零碳排放，氫能或氨能，可能就是最後要完成的一哩路。」洪緯璿說，他表示台灣自行生產的氫氣多為工業下的副產品，依然會造成大量碳排放。目前台灣技術無法自行產綠色氫氣，而氫氣在運送過程中容易溢散，因此90%都需由國外進口液態氨，再將氨轉為氫氣使用。洪緯璿認為此次發明最大的亮點是在於高熵奈米陶瓷觸媒可以將液態氨電解產生氫氣，並且近乎零碳排，讓台灣再生能源技術更進一步。 針對未來發展，洪緯璿表示目前材料還不夠穩定，會隨著時間讓效能衰退，「在使用上，我們希望能夠達到上千個小時，但現在只有幾百個小時。」團隊目前正在嘗試利用人工智慧抓出影響持續時間的關鍵條件，再用模型預測如何更改。利用每一輪人工智慧給出的結果做實驗，並把實驗結果回饋給人工智慧，模型就能提高預測的準確性。徐意淳說：「這樣能把實驗資源用在刀口上，用更少的嘗試，快速找到兼具高穩定與高效率的最佳比例。」團隊期待透過調整比例，賦予材料更好的效能，以利後續技術落地。

【記者王華琳綜合報導】為響應2050淨零排放的目標，近年台灣各大專院校紛紛將綠能科技視為重要科學發展方向。「氫」作為最受矚目的綠色能源，利用太陽能分解水所產生的「綠氫」，卻因成本過高、製造不穩定而無法大量應用。國立臺南大學材料科學系副教授蒲盈志利用南大材料科學系教授呂英治研究團隊的「大氣電漿」（Atmospheric Pressure Plasma Jet,　APPJ）技術，改善釩酸鉍光電極於光電化學系統中的製氫效能，同時以「臨場暫態吸收光譜」（In-situ Transient Absorption Spectroscopy）技術研究過程中催化活性提升的機制。研究成果登上國際頂尖期刊《應用催化B：環境》（Applied Catalysis B: Environmental）。「氫」的分子結構中不含碳，因此在現今講求低碳、零碳的趨勢下扮演重要角色，有望取代現今高碳排的石化燃料，成為發電與運輸工具的動力。氫在自然界中以化合物的狀態存在，需透過碳氫燃料、質料氣化、水解、電解水等方式獲得，依據氫氣的原料以及轉換製程衍生不同數量的碳排放。而當中碳排量最低由再生能源電解製造而成「綠氫」，則被視為最能夠主導氫能源市場。惟整體能源利用率低，現有的裝置成本也較高等缺點，現今多為示範運行，無法商用化。 利用太陽光以光電化學系電池進行氧化還原反應產氫，圖為光電化學電池水非解產氫示意圖。　圖／蒲盈志提供「我們不希望在產氫過程中還需要投入額外的電力，進而選擇以綠色能源的太陽光作使用。」論文共同第一作者、蒲盈志教授實驗室研究助理蔡鎧安表示，雖然太陽光產氫無法與電解產氫的效能相比，但改善產製效能也是研究的重點之一。蒲盈志利用呂英治教授研究團隊的「大氣電漿」技術（註一）改善太陽光產氫的製程。大氣電漿不受限於多數電漿使用低壓電漿、高效率真空系統所產生的高成本、難以大面積製造的問題，蒲盈志說明，「它就像噴墨影印機一般，利用掃描以及噴頭的結構，噴出電漿對釩酸鉍（註二）電極表面進行處理，不受限於低壓或是真空的環境，在自然環境中便可作使用。」註一：利用電漿態物質具有的高活性及能量，激發電荷轉移等反應。此技術無需固定或密閉式的容器，受測物品尺寸不受限於容器大小。註二：亮黃色無機化學品，不含對人體有害的重金屬元素，是一種環保低碳的金屬氧化物質。 「大氣電漿」改變釩酸鉍光電極料表面，產生氧空缺結構，圖為「大氣電漿」表面處理示意圖。　圖／蒲盈志提供大氣電漿改變電極表面的微結構產生氧空缺保護層，「電漿處理過的電極表面通常親水性會比較好，光電轉換中電荷傳輸的能力也會提升。」蒲盈志說明，氧空缺保護層的產生解決釩酸鉍過去所面臨的低化學穩定性問題。同時，也利用臨場暫態吸收光譜（註三）從中研究發現，「氧空缺結構可暫時將負電荷留在空缺當中增加存在時間，使正電荷更容易與水產生氧化反應。」蒲盈志解釋，大氣電漿使得此光電極電荷分離與轉換效率大幅提升。註三：利用雷射光激發電荷的方式，觀察化學反應中電荷的行動模式、生命週期、位置等，由此判斷表面電荷是否起到反應過程的幫助作用。 利用「臨場暫態吸收光譜」發現氧空缺結構對電化學系統產氫的幫助。　圖／蒲盈志提供經改善後，釩酸鉍光電極材料在光電化學系統水分解產氫的效能可達原先的3.4倍，提升了太陽光產氫的效能。而細節部分，釩酸鉍電極載子傳輸效率提至95%，系統中的光電轉換效率相較於現有製程也提升了四成，使生產效能逐漸與理論數據接近，對於太陽光的利用率也大幅提高，發展綠能資源在科學上的實際應用。國立清華大學材料科學工程學系教授吳志明認為：「此次研究中的載子傳輸率、光電轉換率提升，都對產氫效能有著關鍵性的影響。而在未來商業化方面，需著重在如何增加面積製造的同時維持穩定的效能生產。」對於未來發展，蒲盈志說道：「未來也將朝理論值努力，我們也將嘗試將尺寸作大，突破實驗室規模，應用在更多層面，甚至希望說可以直接把它搬到戶外，讓它能夠直接在太陽光下使用。」而這種「低成本、易量產」的製備方式提供台灣未來能源更多的選擇，並期望與工業連結。此次研發技術使綠氫克服產製成本過高無法大規模應用的問題，讓綠能科技在社會上可被普及使用，促使台灣的科學研究在氫能源的發展，持續朝2050淨零排放目標邁進。

【專題記者王薇妮、傅有萱、林琮恩綜合報導／工程協力林柏宇、廖俊豪、楊明翰、郭冠廷、邱垂金、杜明軒】人們在飽餐一頓後，杯盤狼藉的餐桌上難免參雜著剩菜剩飯、食物殘渣，這些是我們每天都必須面對的——「廚餘」。然而，你是否曾在大快朵頤後，留意過你的廚餘去哪兒了呢？是否好奇過各縣市的廚餘分別有多少？而這數十萬噸的廚餘又該何去何從？