經濟部國家產業創新獎－推薦閱讀－工業技術研究院材料與化工研究所觸媒研發與產業應用

工業技術研究院材料與化工研究所觸媒研發與產業應用

觸媒與其應用聽起來只存在於化學實驗室裡，其原理及用途難以想像，卻是支撐起便利無礙的日常生活最不可或缺的基礎－塑膠製成品、紡織品，到汽機車的觸媒轉化器，以及工業製造過程中的有害物質或惡臭去除，都可見到化學觸媒的踪跡，「小兵立大功」正是其在現代文明社會裡的最佳寫照。

掌握觸媒核心技術推動產業高值化發展

工業基礎技術深耕獎－工業技術研究院材料與化工研究所
【觸媒研發與產業應用】

文/ 陳姿君

觸媒能加速化學反應速度，延長其作用的生命週期，使之穩定，同時觸媒所帶來的附加效益與價值極高：每一塊錢的觸媒可生產出40至60倍價值的產品。然研發時程長，投資風險高，長期以來國內觸媒供給皆仰賴國外廠商，為解決長久以來「受制於人」的被動劣勢，追求產業高值化趨勢，工研院「觸媒研發與產業應用」研究團隊應運而生。

研究團隊隸屬於工研院材料與化工研究所化學工程技術組，成員皆具備化學與化工背景，研究團隊成員的專長領域包括觸媒合成與應用、反應工程、化工製程，以及製程放大等，15名成員平均年資超過17年，投入化工製程及觸媒應用研究超過二十載，不但對石化、化工、半導體／平面顯示器的生產或污染防治製程極為熟悉，且具有相關實務經驗。

投入觸媒研發　擺脫受制於人

「觸媒的重要性，就像中央處理器之於電腦。」工研院「觸媒研發與產業應用」研究團隊副組長李秋煌博士說。在石化以及化學工業範疇內屬關鍵核心技術，九成以上石化與化工反應製程皆必須使用觸媒，而少數的觸媒即可生產出數十倍價值的多樣化產品，其重要性可見一斑。

價值如此之高的核心技術，台灣石化與化工產業卻未能及時掌握，有其時空背景下的原因。「這與產業特性及企業文化有關。」李秋煌副組長解釋，石化與化工產業完全是以Know-How或專利為核心價值的產業，營業機密不外洩，只有在該項技術有新競爭者進入或已無競爭空間，才會技術公開或技術移轉給其他公司。當1971年中油設立四輕，開啟台灣石化產業發展後，國內業者普遍採用Turn-key 技術引進模式，以取得化工製程方法。此法在短時間內有助於國內石化產業開展，迅速上線生產，但缺乏自行研發製造觸媒的知識與技術，產品長期的競爭力相當不足。

1981年初，國內石化產業開始進入觸媒研發與製程的發展階段，李秋煌副組長憶起當時國內石化產業面臨轉型，再也不是單純的下游代工廠或Turn-key 接收者，漸漸成為國外廠商眼中具威脅性的潛在競爭者，同時價格與成本更為低廉的新興競爭者崛起，急起直追，台灣石化產業於是處於一個不上不下的尷尬定位。「有些原物料開始拿不到或不足了，新技術也無法取得。」

自行發展觸媒研發與製造成為勢在必行的解套方案。工研院觸媒研發團隊長期著眼於觸媒合成與應用技術之基礎能力養成與累積，以助切入觸媒成型與試量產能量的建構，進而實際進入產業應用。

過去因產業規模龐大，較無採用本土研發觸媒之迫切需求，產業效益無法呈現；隨產業高值化發展趨勢，以及新興產業陸續崛起，特定而小量的高品質觸媒需求劇增，研究團隊適時切入，掌握此一時機與國內業界合作，提供深耕多時所累積的豐沛研發能量，將實驗室內的技術漸次推展至Pilot 驗證與實廠運轉，為自有觸媒能力帶來充滿希望的一線曙光。

技轉環保觸媒　落實本地化

回想起剛開始走出實驗室，切入觸媒研究與應用時所遭遇的挑戰與困難，李秋煌副組長淡淡地說：「沒有一件事是不困難的。」

正因為石化與化工產業高度以核心技術為導向的產業特性，製程觸媒完全打不進去，於是決定由門檻障礙相對較低的環保觸媒應用先行切入，幾經評估後發現汽車觸媒轉化器的可行性不高，轉而以機車觸媒轉化器為標的。

「當時法規有所修訂，且廠商也願意給我們機會，」李秋煌說，天時利地人和的齊備條件下，觸媒團隊將機車觸媒轉化器、奈米金觸媒（可防一氧化碳中毒）、半導體毒性氣體淨化觸媒、無塵室氣態分子污染物（AMC）濾材等技術，移轉國內業者加以落實。其中，機車觸媒轉化器移轉給信通公司，扶植國內首家觸媒製造公司，為觸媒技術與應用之本土化打下第一步基礎。

李秋煌副組長表示，觸媒的研發與應用，不但要在實驗室裡取得穩定測試結果，還必須經過一連串Pilot測試，最後才能上線實際作業，由幾公克的量，透過製程放大，進入幾公斤，最後達成以噸為單位的工業標準，但仍須維持其穩定性，確保其效應不變，但因觸媒製備流程變數極多，是相當艱鉅的高難度挑戰。

但是眼見鄰國南韓年乙烯產量七百萬公噸，足足超過台灣一倍，看在團隊成員眼中自然不是滋味，「一來我們實在很不服氣，二來是廠商真的也願意給我們機會去做。」他很坦誠地表示。

環保觸媒的應用經驗取得初步成果後，觸媒團隊開始延展應用層面至高科技產業用之環保／能源觸煤。國內半導體、平面顯示器等高科技產業在生產製造過程中會產生低閾值惡臭氣體（可聞到之臭氣）、白煙／黃煙及全氟碳化合物（PFCs）氣體之處理等，團隊以觸媒基礎技術開發具低溫反應性、高反應選擇性、低操作成本及安全之專利技術，可應用於半導體、平面顯示器及太陽能等產業，協助有效解決環保問題。

設立觸媒製造中心　傳承經驗

談到團隊的未來展望，「最終目的當然是達成觸媒在地生產的能力。」李秋煌副組長毫不猶豫地說道。觸媒生產的在地化具有多重意義與價值，其一便是精確掌握觸媒的Know-How核心技術，擺脫受制於國外廠商箝制的壓力，也能避免因為技術與材料皆仰賴外需，產業現況完全被他國同業洞悉，「確保產業『黑盒子化』」李秋煌說，「如此國內石化與化工產業才有更大的發展空間與自由，擁有足夠的競爭優勢，立於不敗之地。」

觸媒團隊以深耕多年的研發實力為基礎，如今在深耕產研合作共創實質產業效益上亦有了相當良好的初步成果，要達成觸媒在地生產的目標並非不可行，只是必須要逐步進行。

短期內觸媒團隊會專注在目前實驗室內已有初步成果的幾個案件上，務求能早日開花結果，提供更多更好的技術與經驗。同時繼續秉持服務廠商，與產業合作的模式，「儘量在有限的資源裡，幫廠商們賺到錢。」李秋煌謙遜地笑道。畢竟看得到實質的產業效應，不但讓廠商對國內自有觸媒技術及生產更有信心，對觸媒團隊而言，也是對專業的價值最直接，最高度的肯定與鼓勵。

長程目標則是設立專業的觸媒製造中心－不論是成立民間公司，或者機關團體，觸媒團隊皆樂見其成，希望能把研發能量與核心技術，不藏私地轉移給產業與廠商。觸媒團隊也是一個很好的交流平台，李秋煌表示，「未來也希望能整合化學產業廠商，在觸媒研發上朝向特性化發展。」例如，亞洲地區以電子業為主要製造業種，因此發展針對電子業特定需求的觸媒技術及產品，將能讓產業價值鏈擁有更大的跨域與異業合作空間。

總結而言，觸媒團隊於基礎技術的深耕，因此而累積的經驗與人才資源，正是落實化學觸媒產業應用的核心Know-How。平均年資超過17年，團隊成員來自工研院不同部門，學術研究領域多元且寬廣，因此考慮的面向與研究思維更為完整，更重要的是，工研院觸媒團隊能為廠商與產業提供在地優勢與便利，共同打造潛力無限的高值化產業。

感言：工業技術研究院材料與化工研究所副組長　李秋煌

很感謝國內廠商願意給予我們合作的機會，讓我們能夠與廠商研發或現場人員緊密地合作，讓我們的研發層次不再侷限於實驗室階段，觸媒研發的層次不再只是粉狀或打錠之微量觸媒，讓我們有機會邁入觸媒成型、試量產、甚至量產的技術研發，讓我們開始面對觸媒生產程序或品質控制的議題，現階段我們仍是剛入門的小學生，但是我們會努力的學習，期望能成為國內石化相關廠商依賴的製程觸媒研發的合作夥伴。

過去由於台灣石化產業結構的特殊，有關於觸媒研究，只能作一些觸媒活性評估或鑑定的研究，很少有廠商願意採用國內自主研究的製程觸媒。導致過去工研院研發之觸媒技術都僅能應用於環保產業，而無法跨入石化產業，但是我們終於有機會進入了。

任何技術研發都有難度，但也非想像中的那麼困難，只要有心持續的耕耘並擁有驗證的機會，透過技術與經驗的累積，終究會有預想不到的收穫。我們期盼在政府石化高值化產業政策指引下，台灣能有更多自主製程觸媒之高值化產品誕生。