文章專區

為了更加妥善地使用地球資源，目前世界上已有不少學者投入研究將廢棄物循環再利用等領域。今（2023）年榮獲俄羅斯莫斯科阿基米德國際發明展（Moscow International Salon of Inventions and Innovative Technologies ARCHIMEDES）金牌獎，以及美國科學暨發明展（America's Science & Invention Expo, ASIE）特別獎肯定的中山大學環境工程研究所副教授張耿崚團隊，就將農業廢棄物轉化為用途廣泛的化學材料，反應中合成的2, 5－呋喃二甲酸（2, 5-furan dicarboxylic acid, FDCA），也有助緩解塑膠汙染與溫室效應。
 
團隊以農業廢棄物中的稻稈、甘蔗渣、鳳梨蒂頭、波羅蜜果皮等為反應原料，透過稱為「一鍋兩步」的創新製程進行反應，於農業廢棄物中加入二甲基亞碸（dimethyl sulfoxide, DMSO）、甜菜鹼鹽酸鹽（betaine hydrochloride）、六水合氯化鋁（aluminum chloride6-hydrate）等物質，並將這些物質在150℃的油浴中加熱120分鐘，使農業廢棄物被轉化為5－羥甲基糠醛（5-Hydroxymethylfurfural, 5-HMF）。後續再經過不斷攪拌並以銅－二氧化錳（Cu-MnO₂）作為催化劑，叔丁基過氧化氫（tert-butyl hydroperoxide, TBHP）為氧化劑，使反應物在80℃的油浴中進行12小時的氧化反應，最終轉化出70％的羥甲基糠醛（HMF）和77％的FDCA。
 
FDCA又可再聚合、生成生物可分解材料「聚乙烯呋喃酸酯」（polyethylene 2, 5-furandicarboxylate, PEF），此材料的性質優越，阻氣性與阻水性較PET材質高出6∼10倍。此外，以FDCA聚合生產PEF可使能源用量減少51∼58％，溫室氣體的排放量也可減少約60％，具環保優勢。而FDCA也能被做為飲料瓶的替代樹脂，製成的薄膜、纖維則可應用於食品包裝、地毯、紡織品等商品，已引起多家跨國食品公司、塑膠廠商，包含可口可樂（The Coca-Cola Company）、達能集團 （Groupe Danone）、嘉士伯（Carlsberg），以及奧地利塑膠製造大廠ALPLA的興趣。
 
張耿崚在新聞稿中提到，FDCA能應用於許多不同的場域中，但由於目前生產FDCA的原料和催化劑較為昂貴，生產時需要嚴格條件控制，因此無法大規模量產，亟需尋求高效、簡單且能降低成本的製程。本次團隊開發的新技術搭配的低價化學反應系統，可以減少廢棄物產生，不僅高效、簡單、降低成本，更兼顧了多項綠色化學原則及聯合國永續發展目標SDGs理念，未來也期望它能在建構綠色化學工業中扮演關鍵角色。

 
新聞來源
中山新聞（2023年11月2日）。農廢拚綠金 中山大學張耿崚國際發明展奪冠。中山新聞，https://news.nsysu.edu.tw/p/406-1120-320232,r2910.php?Lang=zh-tw。