農廢拚綠金 中山大學張耿崚國際發明展奪冠
中山大學環工所張耿崚副教授與研究團隊高舉金牌與研究成果。照：中山大學提供
國立中山大學環境工程研究所副教授張耿崚團隊獨創將農業廢棄物轉化為用途廣泛的化學材料，有效合成2, 5-呋喃二甲酸（2, 5-furan dicarboxylic acid, FDCA），有助緩解塑膠污染與溫室效應。這項研發成果榮獲2023年俄羅斯莫斯科阿基米德國際發明展金牌獎與美國科學特別獎雙料肯定。
FDCA可聚合產生聚乙烯呋喃酸酯（Polyethylene 2, 5-furandicarboxylate, PEF），是性質優越的新世代生物可分解材料，其阻氣與阻水性比目前市面上常見的PET材質高出6至10倍。與製備PET 相比，以FDCA聚合生產PEF，能源用量可減少51%至58%，溫室氣體排放量可減少約60%，極具環保優勢；並可做為飲料瓶的替代樹脂，其薄膜和纖維亦可用於食品包裝、地毯、紡織品等應用，已引起可口可樂、達能集團、ALPLA及嘉士伯等世界大廠的興趣，前景可期。
張耿崚表示，FDCA可應用在多種不同領域，但由於目前生產需使用昂貴的原料、催化劑及嚴格條件控制，無法大規模量產，亟需尋求高效、簡單，且能降低成本的製程。為此，研究團隊開發出一種創新製程，以稻稈、甘蔗渣、鳳梨蒂頭和波羅蜜果皮等農業廢棄物為反應原料，透過簡單的「一鍋兩步」一次反應，將生質廢棄物直接轉化的新技術。此項技術搭配使用低價的化學反應系統，減少廢棄物產生，不僅高效、簡單、降低成本，且兼顧多項綠色化學原則及聯合國永續發展目標SDGs理念，在污染控制與環境保護領域貢獻良多。
中山大學環工所副教授張耿崚（左）與史瓦帝尼籍碩士生貝絲露（右）合影。照：中山大學提供
張耿崚研究團隊進一步解釋製程。將農業廢棄物等生物質以二甲基亞碸（Dimethyl sulfoxide, DMSO）、甜菜鹼鹽酸鹽及六水合氯化鋁在150°C的油浴中加熱120分鐘，轉化為5-羥甲基糠醛（5-Hydroxymethylfurfural, 5-HMF），之後不斷攪拌並以銅-二氧化錳作為催化劑，叔丁基過氧化氫為氧化劑，在80°C的油浴中進行12小時的氧化反應。最後可轉化出70%的HMF和77%的FDCA。
此項農廢變綠金的新技術產物，不僅被美國能源部稱為12種最具潛力的生質基化學品之一，也被譽為「沉睡中的巨人」，在未來建構綠色化學工業中扮演關鍵角色。其成分有助於在極短時間內滅火，可作為泡沫滅火劑；其抗菌性能與強力麻醉作用，可應用於醫藥領域；還可製備如聚酯、聚氨酯、聚醯胺等多種聚合物、用於生產PVC的鄰苯二甲酸酯類增塑劑替代品，或作為乙醯丙酸和丁二酸的前驅體。目前美國可口可樂、杜邦、德國巴斯夫、日本三菱及荷蘭Avantium等公司皆將FDCA共聚酯的商業化作為重點開發產品。
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