化廢為寶 「矽汙泥」回收再製綠黃金

記者 黃慈語、郭思涵、謝曉菁/採訪報導 

封裝測試公司將製作晶片時所產生的矽廢水收集起來,經過加工再製,提煉出二氧化矽後,將其運用到運動用品的產製上,並捐贈偏鄉國小,不僅幫助了偏鄉孩童,還讓原先恐淪為廢棄物的矽汙泥,轉化為可循環利用的資源,實現循環經濟。

廢棄物新生命 開創循環經濟

矽品公司將矽汙泥回收並重新製成體育用品,賦予廢棄物新意義。矽汙泥是將矽晶圓製成晶片時所產生的,在切割、研磨等過程中會用水將粉渣沖洗乾淨,因而產生大量矽廢水。

該公司環安衛處經理林子軒表示,三年前他們剛開始發展循環經濟時,會先將矽汙泥過濾出來,加入水泥添加料混合後,製成人行道磁磚或地面止水樁等次級物品。當時認為,能將廢棄物變成次級用品已經是一大進步了,但後來他們並不滿足於此,於是有了改變的想法,開始研究要如何將矽汙泥回收再利用。

從矽廢水中過濾出的矽汙泥。 照片提供/矽品精密

在矽廢水中加入奈米級助凝劑,用過濾的方式先將矽篩選出來,水的部分可以直接回到製程端去做存水的再利用。而過濾出來的矽汙泥則會先在矽品進行簡單的烘乾,讓它變成泥塊後,再將其裝到太空袋裡,等待下游公司清運。到了下游公司後矽汙泥泥塊才會開始精煉,經過鹼性處理、再次烘乾、過濾,最後再酸化。完成這整套化學製成變化後,可以提煉出高達85%的純白色二氧化矽,排碳量也與從源頭開採相比降了近66%。

林子軒說道,將廢棄物循環利用的發想獲主管支持,也剛好可以搭上ESG(environmental, social, and corporate governance,簡稱ESG)的浪潮。後來他們發現二氧化矽有著耐磨、防滑的特性,添加到運動用品內非常適合,所以決定先從籃球及瑜伽墊開始執行,成功後也將成品捐贈給附近的偏鄉國小,供他們試用的同時也幫助他們汰舊換新。

捐贈偏鄉 回饋社會

「當初得知矽品要捐贈體育用品時非常開心!」石城國小總務主任周昆佑坦言,偏鄉國小的校內資源大部分來自於外界企業或個人捐贈,而資源會依照學校規模、人數去做分配;又石城國小因為人數較少,每年沒有多餘的預算去編配體育經費,導致無法汰換老舊的體育用品,因此這次的捐贈對石城國小來說有著若大的幫助。

用矽汙泥回收再製成的新籃球及瑜珈墊。攝影/黃慈語

新籃球因為彈性更好、顏色更鮮艷,學生們愛不釋手,變得很期待上籃球課,但新籃球數量有限,並不是每個人都可以使用到。對此,周昆佑也制定了一套屬於自己的教學策略:「認真的學生才可以用新的球,不認真的就只能用舊的!」這也讓學生們上課變得更積極,教學品質獲得很大的提升。

「偏鄉孩子雖然(既有)資源匱乏,但是也會收到很多(外界)資源。」周昆佑說到,他不喜歡孩子因為擁有很多外界資源就只知道一味地拿取,應該要去了解不論是錢還是物品絕不會憑空而來。他坦言,一開始知道矽品要捐贈體育用品時很開心、也很感謝他們,卻忽略了這個善舉背後所富含的教育價值和社會責任。他強調,未來會在課程中會向孩子說明,這些新的籃球及瑜伽墊都是由廢棄物回收後再製而成的,除了能讓學生更認識循環經濟外,也可以加深他們對環保永續的觀念,觸發孩子們的學習觸角,創造更深一層的教育價值。

「不要為做而做,要做得有意義。」林子軒表示,捐贈物品至偏鄉國小也是希望讓大家了解,大型企業非常願意去關注偏鄉學校的需求。他坦言,看到小孩打球時開心的笑臉,就會覺得這樣的投資非常值得,知道有些學校的籃球場地面凹凸不平時,更是想幫助他們修復。他也透露,未來爭取到預算時將會持續進行捐贈計畫並擴大至國中端,造福更多的偏鄉孩子。

泥再過濾 廢料變含金資源 

在製作太陽能板的過程中,所進行的矽晶圓切割,因使用了碳化矽進行研磨,而產生許多碳化矽與矽的粉末。過程中也使用了冷卻劑(coolant)以及水,並使用鍍有鎳銅的鐵線具進行切割,因此還會產生金屬雜質,最後產生的廢料綜合體,稱作矽汙泥。

早年因沒有適切的處理方式,而選擇租工廠堆放。然而,這些堆放成山的矽汙泥其實是不定時炸彈,堆放久了容易引起火災,不僅造成環境汙染,更威脅著社會安全。成功大學資源工程學系教授陳偉聖表示,許多工廠會承租倉庫來存放矽廢料,爾後一走了之,而房東們也不知道該如何解決這些數量龐大的矽汙泥,只得繼續堆放,久而久之便成為社會安全隱憂。「台灣是矽島,有很多矽的資源,那為什麼沒有循環?」陳教授因而開始研究回收矽汙泥的方法。

陳偉聖研發出「燭式過濾法」,解決了矽汙泥所延伸出的汙染與安全隱患。燭式過濾法指的是在一密閉容器裡配置多根濾芯,並在濾芯上套入依料液特性選擇的專用濾布。當液體經過濾布時,能在其表面聚集液體中的固體物質,並在達到一定厚度時形成濾餅,也就是矽泥。此外,由於濾餅間的空隙很小,故可阻留液體中顆粒雜質的逸散,使濾液變澄清,進而達到過濾作用。

為了讓台灣本身的矽能夠形成循環系統,太陽能板的回收也是至關重要的一環。成功大學資源工程學系博士陳品涵運用AI影像辨識以及機械手臂,將破碎的太陽能板進行分類,使組成複雜的廢棄物回歸至原來的材料,包括金屬矽、銅導線、塑料和玻璃。至於無法用破碎就完全分離的材質,則各自歸為另一類,後續再額外將其分解。

破碎後的太陽能板碎料,分類的越純淨,後續利用率就越高。攝影/黃慈語

「材料越純,後續利用率就越高。」陳品涵表示,若能結合AI科技精進廢棄太陽能板的回收過程,使破碎的光電板所分類出來的材質越純淨,就有越高的機率能被再次利用,賣出更好的價格。而這些材料的出售對象,有專門從事電子廢料處理和回收的公司、尋求回收材料以減少碳排成本和環境影響的原材料製造商,或是建築材料生產商,尤其是對回收玻璃和金屬感興趣的公司。

提及研發過程所遭遇的困難,陳品涵表示,因為目前國內完全沒有相關的研究,所以有關軟、硬體設備,以及傳統機械方式的整合,完全是原創設計。為了能將設計理念落實,陳博士拜訪了多家廠商進行測試,所有努力都是為了打造更有效率的分離工具,完善台灣的矽循環系統。

矽廢料變再生源 氫氣發電獲綠電憑證

半導體與太陽能板所產生的矽砂漿以往都陳放在倉庫中,進而汙染環境。近年就有企業研發出矽汙泥的回收方式,讓遭到丟棄的「矽」回歸市場,甚至創造更高的價值。廢棄物處理廠光宇應材更利用處理矽汙泥時所產生的粗氫氣,經由過濾、純化成99.999%以上之後,將氫氣運用在發電上面,目前這項發電系統已取得綠電憑證。

光宇應材所研發的「氫燃料發電技術」已取得綠電憑證。攝影/謝曉菁

各個晶圓廠所產製的矽砂漿中,通常含有二氧化矽、水、塵土等雜質,若是長久堆棄在倉庫,微小的矽泥就有可能隨著水流滲入土壤,進而造成環境汙染,甚至影響農作物生長,引發食安危機。光宇應材總經理何英志說明,為了讓這些化學物質回收再利用,光宇應材會先將一袋袋泥塊送往實驗室進行解析,再依照每一個矽汙泥的特性,決定要再製成二氧化矽、碳化矽、矽粉、氫氣等再生資源。

各晶圓廠送至光宇應材的矽廢料。攝影/謝曉菁

「沒有所謂的廢棄物,只有被錯失的資源!」何英志表示,每一袋送過來的矽砂漿在經過去雜處理、酸化、壓濾、閃蒸等過程後,即可轉換為不同純度的二氧化矽,供各個產業再利用。提及二氧化矽的用途,何英志說明,工業建材、運動器材、鞋子、居家用品、AC載體的製作過程中,二氧化矽都在其中扮演著重要角色。

除了將矽汙泥回收再製,在整個矽廢料的再生流程中,也會產生大量氫氣,光宇應材便利用這點,與工研院合作,建置「燃料電池發電系統」。何英志表示,目前廠內共有2台氫氣發電機,一台是與工研院合作的燃料電池,另一台則是內燃發電機。目前光宇應材所研發的發電系統已申請再生能源發電設備登記,並取得綠電憑證,成為台灣第一間利用廢砂漿轉化再生能源應用的公司。

談及氫氣發電所帶來的益處,何志英笑說,綠氫發電不僅成本低,其獲取方式也不需仰賴他國進口,且在相同耗能下,綠氫發電所排放的二氧化碳,大幅低於燃燒汽油所帶來的廢氣,僅佔燃燒汽油的6%排碳量。若未來這套綠氫發電系統能夠運用在民生用電、車船等運輸動力,取代傳統化石燃料發電,不僅能夠幫助台灣降低碳排放,更能提升含矽廢棄物循環再生產業,創造環境、經濟雙贏的局面

台灣經濟主要命脈為半導體產業,但當著重發展產值時,其產出的科技廢物矽汙泥之處理方式便成了一大問題。矽為地殼中含量第二高的元素,僅次於氧,但它並非取之不盡,用之不竭,若能將矽廢料回收、再製的方法發揚光大,不僅能讓矽回歸市場,也能保護環境,使產業走得更長遠。

5N綠氫與石化燃料比較圖。 資料來源/光宇應材、製圖/謝曉菁

 

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