撰文／張玉圓
淋漓盡致的物盡其用！工研院將廢棄液晶面板中的玻璃，進行奈米化處理，變身為重金屬吸附材，估計每年可讓 30 萬公噸以上的電鍍製程水重複再利用、減少三分之一重金屬的產生，開拓 1.2 億元以上的循環經濟價值，是科技落實於產業，兼顧經濟及環境的最佳典範。
走進位於彰濱工業區的吉祥電鍍公司，廢水處理場域宛如高科技廠房一般乾淨，一座座比人還高的金屬過濾桶，串連成廢水處理系統，不論是鍍鎳、鍍銅、鍍鉻…… 各種電鍍製程所產生的重金屬廢水，只要流經這套系統，就能完全去除，獲得潔淨的再生水，重返工廠循環使用。
這個場景大大的顛覆了電鍍產業的高汙染形象。以往電鍍產業被視為高汙染產業，廢水處理必須加入化學藥劑，產生大量重金屬汙泥，需加以燒結才能去除其中的銅、鉻、鎳等重金屬，不僅處理成本高，對環境也可能造成極大風險，因此政府主管機關與業者一直在尋找高效能、低成本、低汙染的水處理技術。工研院獨門研發的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」，讓廢棄的面板玻璃華麗變身，成為能夠吸附重金屬的奈米材料。
早在 5、6 年前，工研院便與彰濱工業區的電鍍業者合作試行，歷經多年的努力，已發展出最具效率、可商轉的重金屬廢水處理系統，於 1 年多前正式導入彰濱工業區，以實際成果證明這項技術的循環效益，日前在環保署的推動下，工研院與彰濱工業區、表面處理公會等產研單位，一同宣布這個獨步全球的傲人成果。
環保署資源回收管理基金管理會執行秘書顏旭明表示，2013 年環保署便與工研院合作開發「廢液晶面板再利用處理系統」，這項技術先將液晶從廢棄 LCD 面板中取出，回歸面板製造；如今又替面板玻璃找到高值化應用—將電鍍廢水轉為潔淨工業用水，「透過創新科技賦予廢棄品新生命，每年節省不少水資源及汙水處理費用，也因此讓資源的循環更徹底，扭轉電鍍產業形象，讓業者營運更環保永續。」
帶領團隊，研發這項技術的工研院材料與化工研究所組長洪煥毅指出，「LCD 玻璃奈米孔洞材料」將電鍍廢水轉化為乾淨的再生水，其原理是將面板玻璃加以奈米孔洞化，表面積膨脹 50 到 100 萬倍，使得 1 公克的玻璃攤開後的表面積，便足以形成半個籃球場的大小，吸附力極強。
LCD 面板採用的是硼矽玻璃，因為熔點高，難以與其他玻璃一起回收，過去難以循環利用。學理上來說，玻璃並無法吸附重金屬，但工研院研發精密熱處理技術將 LCD 玻璃改質，並在其上製造出無數個奈米大小且具有吸附重金屬能力的孔洞，再優化其組成結構，就能用來過濾重金屬廢水。
例如，此次應用於彰濱工業區吉祥電鍍廠的廢水處理系統，當製程水進入系統時，水中的銅、鎳、鉻就會停留在吸附材料的孔洞內，只剩下潔淨水通過，再回歸到電鍍製程重複使用。一旦吸附材料飽和，可將金屬脫附分離，加以回收使用；或者已吸附金屬的孔洞材料可轉做其他應用，例如吸水抗菌材料等等。
廢液晶面板再利用處理系統也在 2017 年獲得「全球百大科技研發獎」（R&D 100 Awards）及「綠色科技特殊貢獻獎」，透過創新科技，解決全球廢棄面板無法妥善去化的問題。當今人類生活中，處處是液晶面板的應用，從電視、筆電、手機、廣告看板等，無所不在；臺灣是全球面板前三大生產國，如何面對每年逾 8,000 噸廢液晶面板的產出，便成了工研院積極投入的重大課題。
面板的組成要件，以液晶、玻璃及重金屬銦等 3 項對環境的危害最大。以往廢棄面板多採掩埋、燃燒或者打碎製成陶瓷磚瓦用之胚土粒料。然而，液晶被封存且附著於兩片玻璃基板內，玻璃基板難以與液晶分離再利用。另一方面，液晶是由苯環、環己烷、鹵素等有毒物質構成，能滲入土壤、地下水，甚至經由燃燒飄散至空氣中，是極為嚴重的汙染源之一。
工研院投入 10 年時間開發出的「廢液晶面板再利用處理系統」，針對液晶、玻璃、銦各自提出解決之道。首先是液晶及銦，藉由分離、萃取、純化等多道程序，成功回歸面板製程再利用，多項相關技術已技轉給國內面板大廠群創。
此次環保署、工研院、彰濱工業區共同發表的重金屬廢水處理成果，則是「廢液晶面板再利用處理系統」之下，專門針對面板玻璃再利用所開發出來的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」，每公斤材料可處理 5 噸的電鍍廢水，吸附前為白色，吸附後隨不同金屬呈現不同顏色，且可多次重覆使用。
環保署資源回收管理基金管理會組長李志怡指出，將「LCD 玻璃奈米孔洞材料」應用在電鍍過程中進行重金屬廢水的分流處理，每日廢水處理量可達 50 公噸，重金屬去除率達 99.9%，且符合放流水的環保標準。未來擴大應用於彰濱工業區，每年不僅能去化 100 噸的廢棄面板，更可減少約 6,000 萬元的廢水處理費用。
導入此技術與未導入的電鍍廠相比，節水量達 30 公噸，重金屬汙泥量可減少三分之一，若以彰濱金屬表面專區一期與二期兩個廠區合併計算，未來可望開拓 1.2 億元以上的產值。李志怡表示，「這是臺灣開創循環經濟的重要里程碑，不僅水資源達成再利用、面板玻璃也達成回收高值化；以廢棄物處理廢棄物，充份體現循環經濟的精神。」
吉祥電鍍公司董事長林振東談起導入此項技術的契機，「數年前，我向產業公會求救，提出電鍍製程的廢水處理困境，得到工研院的全力奧援，」他回憶，當時工研院大隊人馬來到廠內，共同研究如何將「LCD 玻璃奈米孔洞材料」導入廢水處理。最初先小規模試行，一開始每 10 分鐘就必須清理濾水系統、後來慢慢進展至 1 小時、1 天甚至 1 週。「研發團隊千里迢迢地將廢水運回新竹研究，能有今天有這樣的成果，我十分感謝工研院團隊，如今開發出的第五代技術，處理電鍍廢水既輕鬆又環保。」
林振東指出，採用這項技術，與過去相比，可減少 3 到 5 成的用水量，且不必再加入化學劑、沒有汙泥產生。以往 1 公斤的汙泥處理費將近 20 元，且傳統汙水處理設備動輒千萬元，相關的感測器和加料機都須定期修理或汰換。林振東說，各種費用換算下來，至少節省了 70% 至 80% 成本，最重要的是替電鍍業者解決了最頭痛的廢水及汙泥問題；「這不止是雙贏、而是業者、政府、環境的多贏，我希望可以大力推廣，惠及其他業者。」
對彰濱工業區而言，此項技術也是兼顧經濟發展與環境永續的解決方案。工業局工業區環境保護中心副執行長洪清水點出，工業區環保中心的本職，以往以資產管理及技術提升為主，近年則擴大至永續發展。彰濱工業區的金屬表面專區，每年產生汙泥量高達 3,000 噸，處理費用將近 6,000 萬元，是令工業區環保中心頗為困擾的環境與經濟效益問題。
洪清水表示，在得知環保署與工研院合作的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」技術後，工業區環保中心即促請彰濱工業區服務中心與工研院、環保署三方簽定合作備忘錄，正式於彰濱工業區的金屬表面專區試行，透過廠商的源頭管制，減少汙泥的產出量。「如今驗證有了成果，未來希望持續推廣，若電鍍專區的其他廠商也加以採用，其經濟與環保效益將不可限量。」
顏旭明補充，在水資源愈來愈稀缺的時代，環保署與工研院合作開發的「LCD 玻璃奈米孔洞材料」，能節省大量用水，同時也將面板廢棄物高值化、再利用。「未來將持續與工研院攜手，透過科技創新，在各個領域落實循環經濟，打造兼顧經濟與環境的零廢棄時代，達成真正的綠色家園。」
轉載自《工業技術與資訊》月刊第 352 期 2021 年 6 月號，未經授權不得轉載。