市場趨勢
◎自然的呼喚
今天，永續發展是全球關注的焦點，需要每個人的關注。為了給我們自己、我們的孩子和他們的孩子提供良好的生活環境，我們必須保持氣候、水和生物多樣性處於良好和健康的生活狀態。全球各地和幾乎每家公司都在進行可持續發展的投資，試圖減少對環境的影響。幾乎每天都有關於政府、民營公司、大學和組織在可持續發展方面努力的新聞頭條，所有這些都說明全球對可持續發展重要性的認識。
推動加速可持續發展的動力是自我意識以及法規要求，除了滿足法規要求外，還有越來越多的發展來滿足客戶需求，因為客戶也需要滿足法規要求和他們客戶的需求。在可持續發展的競賽中領先，為公司提供競爭優勢，因為如果生產商在製造過程中不減少碳足跡或不在產品中使用可再生/回收材料，產品就越來越難以銷售。除了直接排放的二氧化碳（範圍1排放），間接排放（範圍2和範圍3）現在也是碳足跡考量的一部分，越來越多的公司要求其供應商提供所有三個範圍的碳足跡，過濾和分離產業也不例外，客戶已經在要求過濾和分離產品的總碳足跡。過濾器製造商必須制定策略來減少所有碳足跡。
全球可持續發展努力有許多方面，對於這些問題的真實性和/或重要性仍然存在爭議。無論這些不同的意見如何，毫無疑問，全球趨勢正在朝著增加可持續發展努力的方向發展，所有這些努力都需要某種過濾和分離技術。陳碔博士在本文提到過濾和分離技術在解決可持續發展挑戰中的重要性，並討論以下四個關鍵領域——減碳、循環性、可再生材料和水。
減碳
二氧化碳是導致全球變暖和氣候變化的主要溫室氣體。根據2015年聯合國政府間氣候變遷專門委員會（IPCC）的建議，全球正在努力在2050年前實現碳中和。減少二氧化碳的主要途徑是碳捕集、使用替代燃料（如氫氣）、替代能源，包括太陽能、風能和核能，以及能耗較低的工藝。所有這些方法都涉及大量的過濾和分離。例如，捕集二氧化碳有四大類技術：溶劑（胺基）吸收、固體吸附劑吸附、膜分離和其他（酶、鹼性、低溫等）。溶劑吸收工藝是目前大規模二氧化碳去除的最經濟技術。除了開發更好的溶劑和技術來實現高效和經濟性的二氧化碳捕集外，保持溶劑不含顆粒、油、水和其他雜質也非常重要。在溶劑二氧化碳捕集過程中使用各種類型的過濾器、聚結器和分離器，並且需改進這些過濾器的壽命、可操作性和可靠性。固體吸附劑的挑戰在於吸附量、設備和技術開發，而膜分離技術乾淨簡單，但二氧化碳通透量和二氧化碳選擇性仍然是挑戰，膜技術需要大躍進才能與溶劑吸收有經濟競爭性。
除了在排放後捕集二氧化碳外，更合理的方法是減少/消除排放，目前常用的方法是使用氫氣替代碳氫化合物燃料。生產氫氣需要過濾和分離，例如，在氫氣生成的重整過程中，也需要分離二氧化碳，另一種減少二氧化碳排放的方法是減少能源消耗。過濾在高效能源生成中扮演重要作用，效率低下的過濾器會導致燃料使用量大大增加，以及更多的二氧化碳排放。若改進過濾技術可以使效率提高，進而減少能源消耗並減少二氧化碳排放。
循環方法
循環性也是可持續發展的主要前提，減少廢物、回收廢棄材料和重複使用材料是關鍵努力方向，透過設計可回收材料、鑑別廢棄流的用途和開發塑料回收技術來達成。過濾器組件，包括濾材、黏合劑、框架和金屬部件，都可以使用可回收材料。過濾和分離在收集和分類（濾網、篩網、過濾布、砂濾器、微濾器等）回收材料中也相當重要，例如，熔融聚合物過濾可以去除回收塑料中的固體顆粒污染物，而吸附可以去除溶解的雜質，如顏色或氣味，精密過濾可以提高回收材料的品質。可再生材料也有機會應用於過濾領域，例如由植物基生物聚合物製成的過濾材、由可再生植物產品（如稻殼）製成的過濾助劑、綠色試劑代替氯、磷酸鹽、磷酸鹽、含酚成分和四級銨鹽以減少膜污染和結垢。
由於透過生物反應（發酵）產生的材料需要多步粗過濾、微過濾、超過濾和純化，因此，生產可再生材料仍然面臨巨大挑戰。製造植物基材料亦需面臨過濾和分離的挑戰，例如處理木質素。此外，在生產生物燃料過程中需要去除各種固體污染物。這些都是過濾挑戰，也代表具有改進的機會。
水的可持續性
在水的可持續性領域，無論是原水處理、廢水處理還是水再利用，過濾和分離都發揮了重要作用，篩選、混凝和絮凝、重力沉降、過濾壓機、離心機、帶式壓機、砂濾、膜過濾等都能被利用，隨著對高品質水的需求增加，所有技術都需要改進。
可用淡水資源減少的原因有很多，尋找新水源如海水淡化（過濾、逆滲透）、雨水、暴雨水回收（多階段固液分離）和廢水回收（多階段固液分離）皆需要良好的過濾和分離。
在水回收和零排放方面，城市廢水回收已被廣泛應用，而工業廢水回收正在積極開發。工業廢水回收的主要來源包括製程廢水、冷卻水排放、逆滲透系統排放和去離子水排放，挑戰在於經濟地去除懸浮固體（固液分離）、總有機碳（生物處理、碳床、工業用途回收等）和溶解固體（逆滲透、EDI-電去離子化）。
人力資源挑戰
另一個可持續發展問題是人力資源，這只能透過適當的過濾和分離教育來達成。五十年前，《固液分離技術危機》一文的作者對當時固液分離技術的現況表示擔憂。固液分離操作是廢棄流處理、化學和相關的過濾以及礦物和固體燃料加工的基本操作，隨著環境的限制、使用較差等級原料以及燃料成本的上升，當時固液分離技術的教師、研究人員和專家的為數不多，限制過濾與分離解決方案造成影響。
2000年的另一篇文章指出一些大公司如杜邦和陶氏已經在內部解決上述知識和教育問題，但公司和大學之間沒有合作努力，因此，在此呼籲國際分離學會、公司和大學之間進行全球性合作，以確保過濾和分離技術的持續進步。
時至今日，許多分離領域已經獲得大幅進展，企業彼此之間的合作正在改善技術（例如在碳捕集方面），但仍有很大的改進空間。研究機會大大增加並多樣化，大學對年輕工程師進行流體/顆粒分離技術的教育仍然不足。總之，過濾和分離將繼續在可持續發展努力中發揮關鍵作用，實現可持續發展目標仍然面臨許多挑戰，因此過濾和分離產業有極大發展機會。同時，過濾和分離領域的教育和研究計畫對未來非常重要。
資料來源：
1. Wu Chen, Call of Nature, Filtration+Separation, 61(3), October 2024, 40-44.
台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society
