【為什麼非要創新不可】為水短缺危機解套 創新水產業新契機

2015年,新竹科學園區及北台灣鄰近高科技廠房的周邊道路,出現水車排隊駛進園區的奇特景象,只因當時台灣正遭遇67年來最大的缺水危機,不僅冬季少雨,連梅雨季也沒有帶來預期雨量,提早進入乾枯期。

面對這麼嚴峻的旱災災情,「水如何再生利用與回收」成為大家共同思考的問題。

水資源研發新契機

工研院榮獲2015年全球百大科技研發獎的奈米纖維濾膜,搶先全球做到提供高出水量的再生水處理技術,為水資源問題開闢新解決方案,但濾膜背後的研發之路也一度「乾旱」,並不如水流過那樣順暢。

七年前,工研院材料與化工研究所副組長鄭淑蕙即發現,全球濾膜濾水技術普遍有使用壓力及出水量少的問題。由於水回收成本過高,形成許多用過的水未被回收。

面對水資源日益缺乏的困境,鄭淑蕙認為,克服壓力與水量問題才是解決重點,如果能搶先做到低壓操作以及高出水量,就能為人類做出重大貢獻,也可為台灣廠商搶得新商機。

這是一塊值得開拓的領域,於是,鄭淑蕙興奮地投入奈米纖維濾膜研發,卻不知她就此邁入漫長無止盡的研發挫折。

 

偶然一次實驗OK 以為成功了

一開始,鄭淑蕙與團隊進行相關技術的研究,在偶然一次實驗完成後,他們發現一種跟果凍一樣有高含水性及支撐性的纖維,整個團隊大為振奮,以為研發成功了。

他們想把這種果凍般的纖維以遠小於一微米的厚度,製造成同時兼具薄、軟及分離效果的分離層來濾水。

 

再次實驗 卻得不到首次成果

但接續這次成功之後的卻是一連串的挫折,因為他們再也做不出像第一次那樣成功的結果。原來,像果凍有高含水性的這種電性材料,在進入第二道的奈米塗層時,材料便會如同果凍般,遇到高溫即溶化、甚至塌陷,進而失去支撐性。

無論他們怎麼改變作法,都只能做出僅具一種功能的材料;要不是奈米纖維總黏縮成一團,無法進行下階段加工,否則就是濾膜的濾水脫鹽度只有10%∼20%,效率很差,難以繼續突破。

團隊歷經的失敗實驗高達千次以上,幾乎每一到二個月就要丟棄一個大垃圾袋量的實驗用濾膜。

這樣的研發挫折持續四年之久,但團隊仍不斷以實驗及電子顯微鏡等分析第二道塗層塌陷的原因,卻依舊找不到任何解決方案。

 

所有人都不看好時 有了突破進展

就在研發經費即將耗盡,所有人都不看好時,鄭淑蕙決定最後一搏,他們根據複合材料實驗累積的經驗,加入某一特殊材料,沒想到做出來的纖維結構雖不完美,但脫鹽效率卻馬上從20%直接躍升到99%,這個結果大大振奮了整個團隊。

大家小心地從實驗過程中抽絲剝繭並一再驗證,終於找到成功的原因,並藉由反覆操作讓濾膜重現相同效率,進而驗證技術的可行性。

 

新技術客製化 還能淡化海水

研發成功的奈米纖維濾膜可分別去除水中的鈉、鈣、鎂等金屬離子,或有機小分子達99%以上。鄭淑蕙進一步指出,「我們開發完成的奈米纖維濾膜具有高度選擇性,能依不同用途進行濾膜材料調整。」

這樣的客製化優勢,讓工研院開發的奈米纖維濾膜技術,能用在再生水回收、一般家庭飲水的離子過濾,使硬水變成軟水,或是醫藥食品等特用化學品的純化,甚至能用於海水淡化處理。

憑著永不放棄的努力及堅持,鄭淑蕙和團隊終於克服所有險阻,搶先世界大廠做出可低壓操作及高出水量的奈米纖維濾膜,不僅在2015年獲全球百大科技研發獎肯定,更為台灣艱困的水資源環境開發新解決方案,這項技術已在2016年技轉新長豐公司,開始進行商品化量產。

 

 

更多精彩內容盡在《為什麼非要創新不可:影響未來的36個研發故事》

 

 

(本文經作者授權轉載,原文出自《為什麼非要創新不可》)

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