價創團隊

革新型無機複合膜及其應用程序開發計畫

計畫主持人: 國立台灣大學童國倫教授

計畫摘要

        全球循環經濟趨勢在於建立製程回用技術,以減低或免除管末處理的負擔,台灣若要在此產業技術上領先全球,必須發展製程用之高效分離材料與技術,並從源頭解決。臺大IMPRESS團隊將以大自然啟發之仿地質性濕式大氣電漿熔射技術製備革新型陶瓷複合膜,協助產業界來解決此問題。此破壞式創新技術具下列特性:

    (1) 省時、省能,能耗僅傳統製程的1/6;

    (2) 解決模組接合與密封問題;

    (3) 可噴塗不同功能層(濾材原料、觸媒)於不同多孔基材(陶瓷、金屬、塑膠),因應需求、應用而客製化膜材。

所製備產品則具下列特性:

    (1) 較高穩定性和化學惰性;

    (2) 優異機械強度與使用壽命長;

    (3) 適用高溫或腐蝕性液體之過濾、分離與純化程序。

此革新型陶瓷複合膜可應用於工業廢液、製程液、高溫氣體處理,更進一步功能化後應用於飲用水與生技製藥之液體處理。

 

圖一、傳統工業程序問題點與全球循環經濟之目標;因應全球循環經濟趨勢,工廠應走向綠色工廠、清潔生產、節省佔地空間及減量化、再利用、再循環等特點。

圖二、陶瓷薄膜因具耐高溫、抗腐蝕、可再生、孔洞可調適等特性,被認為是分離程序中具循環經濟特性之薄膜材料。(圖為國立臺灣大學童國倫教授於Discovery頻道採訪片段)。

團隊介紹

        本計畫團隊跨北區三校,整合國立臺灣大學、國立臺灣科技大學、國立臺北科技大學相關學研人員,並鏈結紡綜所及工研院法人協助與指導,組成新創菁英團隊,開發上、中、下游的串連整合技術,以加速本計畫具國際競爭優勢之核心技術落實商品化。成員年齡分佈平均,各主持人產學經驗豐富,平均年齡<45歲,以優勢技術根留台灣,打造年輕世代自己的未來。

圖三、童國倫教授領軍臺灣大學研究團隊以「大自然啟發之仿地質性高孔隙高效能無機分離膜」獲得光寶創新獎之技術創新組金賞獎。

圖四、國立臺灣大學童國倫教授與研究團隊。

計畫目標

        本團隊之計畫目標,在於將完成開發五項關鍵產品(1)工業廢液與製程液用陶瓷複合膜管與膜板、(2)工業高溫氣體用陶瓷複合膜管與觸媒反應器、 (3)薄膜蒸餾膜材與系統、(4)聚丙烯(PP)多孔基材管、及(5)生技、食品、醫療級產業用瓷複合膜管,並搭配石化廠、電子廠、食品及生醫廠等實廠測試驗證。計畫於2017年成立第一家新創公司(ExtreMem)專事廢液、廢氣及製程液的處理公司,在2020年成立第二家新創公司(BrightMem)負責生技、食品、製藥及飲用等民生相關的流體處理技術。透過本團隊的努力,讓台灣無機膜產業將在2020年正式起飛;透過世界無機膜會議在台灣,讓全球都看見。

圖五、本計畫之產品路徑圖。

圖六、本計畫之三大階段示意圖。

市場壁壘

        此市場面臨的挑戰是產品壽命的相關問題,產品壽命又取決於不同領域汙染源物質不同、汙染程度、操作程序及維護成本。本團隊領先全球成功首創以電漿熔射覆膜(Thermal Plasma Spray Coating)製備超高效能多孔性無機膜核心技術,此破壞式創新成功克服了傳統燒結製程耗能且耗時的缺點,同時解決了量產後模組的接合與密封的問題。

        此革新型陶瓷複合膜可應用工業製程廢液及高溫廢氣處理,未來複合膜多元開發可應用於消費端飲用水、食品與醫療製程廢液處理。此革新型陶瓷複合膜可取代國外進口膜材以外,更因其無機膜具長使用壽命、可再生之優點,藉由系統程序設計可大幅降低操作成本,我們將進一步提供一站式的客製化服務模式,從核心材料的掌握、多元複合功能產品的開發設計及程序系統規畫服務,導入世界各國市場。

圖七、濾材演進示意圖。

預期市場規模

        本團隊主要的目標產品為過濾分離用無機複合膜,全球的薄膜市場之模組本體規模到2020年將達321億美金,而無機膜模組的市場到2020年為51億美金,此金額乘以10倍為薄膜分離系統的整體規模。期間無機膜的市場成長率11.7% (圖三)高於總分離膜市場的9.47% (圖四),顯示無機膜及無機複合膜漸成為市場的關注焦點,主要是製程環境不是高溫、就是強酸、強鹼或強溶劑,要真正達到循環經濟的資源再利用目標。因此,無機膜的市佔率相較於有機膜在2006年還不到1/15,到2020年將來到1/6強。一但有革新性的無機複合膜產品問世,則市場將會更加樂觀。因為產品ㄧ但有革命性的突破、發生了破壞性的創新,將導致整個市場平衡的破壞,輕者完全取代、重者創造市場。本團隊預計2019年出場,若初期市佔率達1%,即有約5億美元的營收。

圖八、全球陶瓷薄膜市場模組本體部份的成長趨勢。

圖九、全球薄膜市場模組本體部份的成長趨勢。