地球暖化、氣候變遷問題日益嚴重，各國紛紛提出減碳策略，中研院院士徐遐生表示，減碳已經不夠，要做到零碳排或負碳。因此他投入新能源研究，研發以熔鹽傳熱的超級烘焙機，將生質廢棄物轉化成以既有設施可直接生產的煤炭，製程迅速、安全性佳，技術值得推廣。
文／陳昊安
圖片、資料提供／羅芬臺
資料來源／國立清華大學․《父子雙傑：清華傳承》
說到「超級烘焙機」，會讓人想到什麼呢？日、德、台、法式麵包一台搞定的萬能麵包機？再多一點提示：「超級烘焙機」有助於解決氣候變遷問題。那麼就是節能智慧家電用品囉？錯了！超級烘焙機可不只是減碳，是能做到碳中和（carbon neutral），甚至負碳的呢！到底這台烘焙機是做什麼用的呢？
由地球系統來思考能源問題
說來簡單，超級烘焙機是用來製作生物煤（biocoal）、生物炭（biochar）的，就像麵包不小心烤太久、烤箱溫度過高會焦黑碳化，超級烘焙機卻是故意要得到煤炭。有些人可能會覺得奇怪，燒煤炭不是大量碳排放的行為嗎？不論是燃煤或燒油的火力發電廠都被環保團體批評，怎麼會是零碳排呢？
其實燃煤、燒油之所以會增加碳排放，是因為煤、石油、天然氣等化石燃料（fossil fuel）原本埋藏於地層中，人類將其開採利用，其中的碳就由地層進入到大氣層；如果是利用果皮、蔗渣、倒木、雜草等生質廢料製炭以供人類使用，是不會增加大氣中的二氧化碳含量的，畢竟這些生質廢棄物若露天棄置，同樣會腐敗，放出二氧化碳和甲烷、氧化亞氮等溫室氣體，利用人工方法快速將其變成炭，反而有利用價值，是當今最火紅的「生質能源」（biomass energy）。
「超級烘焙機」的構想為中研院天文及天文物理所院士徐遐生所提出，他分析化石燃料用量不易減少的原因，除了價格便宜、容易運輸使用，更重要的是化石燃料的供應系統已建置在基礎建設中，所以使用這些燃料的習慣很難轉變，新能源要設法讓既有設施可無縫接軌、無痛轉移，否則難與化石燃料匹敵。
超級烘焙機以熔鹽法製炭
徐遐生欲以既有設施，利用科學方法製造出可用的燃料，並改善傳統製程的問題。人造煤炭的方法已存在多時，但傳統方法效率不彰，需動用大型器具，將鍋爐加熱至攝氏600 〜900度的高溫，耗時2〜14天，還得注意隔絕氧氣，否則會引起燃燒或爆炸，因此全球一年的總產量不過1,000噸。徐遐生想到液體的熱傳速率優於氣體，以此為概念開始尋找傳熱的媒介，後來相中水溶性高的醋酸鹽熔鹽。
超級烘焙機將固態的醋酸鹽加熱變成液狀，繼續升溫到攝氏300度以上，再將生質廢料浸入熔鹽中，只消10分鐘，植物體中最多的3種成分：半纖維素、木質素、纖維素大部分碳化，生質廢料成了黑乎乎的煤炭，之後用水洗淨沾附的熔鹽，便獲得優質的生物煤或生物炭。
將數天的製程時間壓縮到10分鐘，大幅改善人造煤炭的效率，中研院化學所羅芬臺解釋：「這是因為液體的體積熱容量是氣體的2,000 倍， 舉例來說， 我們可以在攝氏90〜100度的蒸氣室裡待10分鐘以上，但是要在50度的溫泉泡上5分鐘卻很困難，因為液體熱傳速率快，身體會覺得很熱，難以忍受。」
研發團隊曾將1公斤竹子製成生物煤，送台電實測，因熱值高，易磨度好，硫含量低，作為火力發電的燃料，優於市售的任一種煤炭，若改用生物煤，可扭轉火力發電廠為碳排大戶的現狀。
生物炭的碳化程度高，將熔鹽加熱到攝氏400度可獲得，除了作為燃料，生物炭也可埋進土壤中，幫助水分調節，吸附重金屬，解決農地污染的問題。土壤混合生物炭粉末的「人造黑土」不僅可提高農產量，也是一種負碳的作法，有助於解決氣候變遷問題。
若生物質經過預處理，再浸入攝氏400度的熔鹽中，可獲得活性碳。活性碳的吸附能力與表面積大小有關，超級烘焙機製作的活性碳孔隙多，吸附能力優異，數據顯示此活性碳每克表面積達2088.5平方公尺，也就是把5克活性碳的表面積鋪展開，相當於一座標準足球場的大小，接近市售最佳活性碳的2倍，可吸附更多雜質，用於淨化水質與空氣。
羅芬臺表示，使用超級烘焙法所產生的可燃氣體，其熱能可用於發電、加熱，供應系統運作，液態的熔鹽也有隔絕氧氣、避免燃燒的作用，因此較節省能源，也更安全。而且製程時間縮短，有利於蒐集氣化的丙酮、甲醇，供作工業原料，更增添超級烘焙法的經濟價值。
用科技能力迎向國際減碳趨勢
桌上型超級烘焙機，一次可處理500公克的生質廢料。
羅芬臺說明，超級烘焙機目前有3台，置於中研院的桌上型和清大生科所的落地型超級烘焙機，一次可處理500公克的生質廢料，位在清華大學的中試工廠一次可處理20公斤。超級烘焙機的優點之一是體積小，將來可改良為移動式生質廢棄物處理器，顛覆以往將廢料集中送廠的處理模式，機器可機動性移動到廢料的所在地；另一個發展目標是建造工業級大型系統，一次可處理數百公噸的生質廢料，才算達到經濟規模，對倒木多的美國、加國及花園城市新加坡等頗具吸引力。
地球暖化、氣候變遷是全球性的問題，雖然各國已訂定減碳條約，但各地觀測站數據顯示，大氣層中的二氧化碳濃度上升幾無減緩的趨勢，也終於在去（2014）年突破400ppm的大關， 全球各地氣溫屢創新高。徐遐生說：「大家以為還有40年的時間，其實沒有，最多可能有5〜10年。要想辦法讓二氧化碳濃度降到350ppm以下， 不是停止上升就可以。」他並提到冰層融化的嚴重性，就像飲料的冰塊消融後會迅速升溫，地球也是，此外某些地區從此將無賴以為生的水源。
這也是徐遐生院士由天文物理領域轉而投入新能源研究的動機，他表示：「氣候變遷是大問題，現在是滿緊要的時刻」。台灣近年修訂《空氣污染防制法》，通過《溫室氣體減量及管理法》，迎向國際減碳趨勢，羅芬臺說，超級烘焙機已通過台灣、美國、俄國、加拿大的專利申請，巴西、歐盟、中國及東南亞諸國的專利也在申請中，研究團隊相當樂意與廠商或政府技術合作，推廣這項熔鹽製炭的技術，將生物炭的年產量提升到5萬噸以上，為改善地球環境、解決氣候變遷問題貢獻一份心力。
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