尿,這地表上最廣泛的廢物,讓人聞起來皺眉,想起來噁心,但對化學人來說卻極其珍貴,因為在全球能源需求不斷升高下,透過化學,尿液可能轉化為一種新的能源解方;而若能夠將畜牧廢水中的尿液,轉化產生氫氣後發電,使畜牧廢棄物能源化再利用,則同時處理了能源短缺,以及廢水排放對環境的衝擊。
近十年來,全球有關能源議題的討論不斷,潔淨能源與再生能源的使用,亦成為各國政府和科研機構發展的目標,歐洲各國更頒佈嚴格的環保法規,極力發展與應用可再生能源。
法國Bioret-Agri 畜牧公司就在這樣的背景下,於一年前,與逢甲大學化學工程學系簡彰胤助理教授所帶領的「觸媒與潔淨能源的實驗室」合作,希望研究出一套將牛尿回收再利用的應用對策,以符合歐洲嚴格的環保法規規範。一年後,在實驗室成員鄭守訓與徐國舜的努力下,這項研究成果,已於於「第2屆大專院校綠色化學創意競賽」中,獲得研究組佳作之肯定。
鄭守訓表示,這項專案計畫主要是將畜牧場牛隻尿液回收後,再利用電解,將牛尿中的尿素分解得到氫氣,並研究 開發以氫氣發電的轉化程序。如何電解產氫呢?徐國舜則指出,考量法國當地所使用的發電系統大多為太陽能,團隊特別透過太陽能板,以太陽能的電來產氣發電。
從太陽能板到電解裝置,實驗過程皆未使用化學藥劑, 對於環境沒有危害或危險性;而電解尿素產氫,所需電壓只 有0.37V,遠比電解水的1.23 V 更低,且產出效益更大,完全符合防廢、保安、節能、催化等綠色化學原則。
「傳統化學的作法,則是將畜牧廢水直接投入污水處理場,再加入許多化學藥劑清理, 經多層過濾後排出,不但耗費能源且成本高昂,對環境亦極不友善。」鄭守訓說,若將畜牧廢水直接排放河川,會產生優氧化問題;但若將廢水中的尿液轉化產生氫氣,不僅可以產生能源,供農場使用,也同時降低了廢水排放對環境的衝擊,完全改寫了廢水的命運。
在這次競賽中,能夠獲得高度肯定,鄭守 訓與徐國舜其實走過非常辛苦的摸索期。由於兩人之前均專注於觸媒領域的研究,對於電化學可說全然陌生,只好從最基礎的電極製作開始,再一步一步走到今天。
剛開始一個多月,什麼進度也沒有,只 能廣泛閱讀資料、向師長請益;動手做時更發現,電化學學生一個星期就能完成的電極製作, 我們卻花了一個月還做不出來。」徐國舜說, 因此,當研究走到最後,終於設計出電解槽, 並將產出的氫氣經過燃料電池產生電力,成功驅動一臺汽車時,「內心真的很激動!」
有了好的成果,目前兩人將持續朝如何提高電極製 備的穩定性,以更少能源產出更多氫氣的方向努力,「一 直以來,廢水處理成本高昂,也是國內畜牧業必須面對的議題。」鄭守訓表示,因此這項產學合作的成果,未來除了提供法國,也希望對於國內畜牧業者有所幫助, 使能源、經濟與環保之間,產生一個新的出口。