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傑出系友
姓  名
姓名:張木彬
職稱/機構
職稱/機構:國立中央大學 環境工程研究所/特聘教授
畢業級別
畢業級別:69級大學部畢業
最高學歷
最高學歷:美國伊利諾大學土木與環境工程系博士
經  歷
1.台灣PM2.5監測與控制產業發展協會常務理事 2018.06迄今
2.台灣電漿科技協會 監事2020.09~迄今
3.國立中央大學永續環境科技研究中心 主任 2017.08~迄今
4.台灣氣膠研究學會 長程規劃委員會主任委員2020.09~迄今
5.台灣電漿科技協會 副會長2016.11~2018.11
6.台灣氣膠研究學會 會長2016.09~2018.09
7.台灣氣膠研究學會 副會長2012.09~2016.09
8.國立中央大學環工所 特聘教授2007.01~迄今
9.行政院國家科學委員會環境工程學門召集人2007.12~2010.12
10.國立中央大學環工所 所長 2003.08~2007.07
11.國立中央大學環工所 教授1997.08~迄今
12.國立中央大學環工所 副教授 1992.02~1997.07
13.大仁藥專公害防治科 講師 1986.08~1988.07
14.中興工程顧問社環境工程部 工程師 1985.10~1986.07
具體傑出事蹟
張木彬教授於中央大學環境工程研究所任職以來即以掌握世紀之毒戴奧辛的環境流佈及開發先進之戴奧辛防制技術為研究重點。國內第一座大型都市垃圾焚化廠於民國81年初完工營運,張教授帶領研究團隊從零開始建立焚化廠飛灰及煙道排氣中戴奧辛採樣及分析技術,並至內湖焚化廠實際量測戴奧辛排放濃度及空氣污染防制設備(即靜電集塵器+濕式除酸塔)對戴奧辛之去除效率,研究結果顯示排氣經靜電集塵器處理後粒狀污染物濃度大幅下降但戴奧辛濃度卻不減反增,證實因靜電集塵器之操作溫度達250℃,且進流煙氣之HCl濃度高,提供充沛的氯源使戴奧辛循de novo synthesis機制於靜電集塵器中快速生成,而戴奧辛難溶於水之物化特性導致後續之濕式除酸塔無法將其去除,研究成果具體證明『靜電集塵器+濕式除酸塔』之組合無法降低戴奧辛排放濃度,不適合處理垃圾焚化廠之煙氣,這也是國內首次有關大型垃圾焚化爐之戴奧辛控制效率評估與排放濃度檢測的學術研究,論文 (Chemosphere,1998) 發表後引起台北市政府及議會的高度重視,台北市環境保護局乃編列預算將該廠原先設置之『靜電集塵器+濕式除酸塔』組合拆除並更新為『半乾式除酸+活性碳噴入+袋式集塵器』之處理方式,大幅降低戴奧辛排放濃度,而擁有相同處理流程的木柵焚化廠則於原有之濕式除酸塔後加裝選擇性還原(SCR)觸媒系統並提升煙氣溫度至220oC以有效分解戴奧辛,大幅降低戴奧辛排放濃度,並經張教授之研究團隊確認系統之成效(Chemosphere, 2004)。爾後國內外興建之垃圾焚化廠也不再使用『靜電集塵器+濕式除酸塔』之空污防制組合,張教授之研究成果不但釐清了不同的空氣污染防制設備對戴奧辛的去除效率與侷限性,對於改善國內外垃圾焚化廠之戴奧辛排放也有關鍵性的影響,貢獻卓著。

張教授之研究成果(EST, 2005)顯示目前國內外焚化廠普遍採用之『活性碳噴入+袋式集塵器』處理方式雖可降低排氣之戴奧辛濃度以符合排放標準(0.1 ng TEQ/Nm3),但就戴奧辛而言,其過程只是相的轉移,使其由氣相經活性碳吸附後轉移至固相,僅能治標;治本之道仍在於戴奧辛的有效破壞,因此張教授積極引進觸媒濾袋技術,與美國戈爾(Gore)公司合作建立模廠(pilot-scale)測試系統並分別於宜蘭利澤焚化廠及高雄中區焚化廠進行效率驗證,引入實廠煙氣進行系統性測試以評估其控制效率,研究結果(EST, 2014)證實採用此技術不僅可有效降低排氣中之戴奧辛濃度,也因處理過程無須噴入活性碳,飛灰的戴奧辛含量大幅下降,驗證此技術在國內垃圾焚化廠的適用性。此外,張教授自民國91年起應行政院環境保護署邀請,迄今連續二十年擔任“垃圾焚化廠查核評鑑小組委員”,每年為全國24座大型焚化廠之操作營運績效進行查核評鑑,就各廠操作營運之優缺點及精進方向提出專業的建言,貢獻具體。

除致力於垃圾焚化排氣之改善研究外,張教授也積極協助國內鋼鐵業及二次金屬冶煉業掌握戴奧辛生成特性及排放控制效率。位於彰濱工業區的台灣鋼聯由經濟部輔導成立,負責處理國內電弧爐煉鋼廠產生之集塵灰,營運初期也面臨戴奧辛排放超標的問題,曾一度引發「毒鴨蛋事件」,導致全國民眾恐慌,張教授應經濟部工業局邀請,協助台灣鋼聯進行技術診斷,找出集塵灰於高溫處理過程中戴奧辛大量生成之關鍵因素,進而提出改善方案,歷經張教授四年多的輔導,台灣鋼聯旋轉窯(Waelz process)的煙道排氣戴奧辛濃度由原先高達145 ng TEQ/Nm3大幅下降至0.4 ng TEQ/Nm3以下(EST, 2007&2008;JHM, 2012),減量成效卓著。此外,張教授也關注國內電弧爐煉鋼,二次銅冶煉及木屑鍋爐之戴奧辛排放,協助相關業者進行技術診斷並提出排放減量之精進作為,輔導國內中小型企業之污染改善不遺餘力(Chemosphere, 2017&2019),值得肯定。

於戴奧辛控制技術開發方面,為正確評估觸媒等防制設施對戴奧辛/呋喃之去除效率,必需先建立戴奧辛生成系統以產生含定量戴奧辛濃度的穩定氣流,進而測試所發展之觸媒及其他控制技術的去除效率,因應此需求,張木彬教授成功開發獨步全球之戴奧辛生成及測試系統,除國內學術界及顧問公司外,包括美國(戈爾公司)、日本(水澤公司)、泰國(亞洲理工學院)、越南(胡志明大學)等設備廠商及研究單位也陸續進行合作研究,將其發展的戴奧辛去除設備(或材料)送至張教授實驗室進行效率測試。此系統亦取得國內發明專利「戴奧辛類測試樣品之製造方法」(專利證書號 I385372),利用此系統可生成與特定污染源排氣性質相近之含戴奥辛氣流,大幅降低購買戴奥辛標準品所需之高昂成本。藉由此系統,研究團隊證實SCR觸媒可有效破壞戴奧辛同源物,於適當操作條件下對戴奧辛之去除效率達99% (Chemosphere, 2004&2008),此外,張教授亦針對傳統之SCR觸媒進行優化以同時去除煙道氣中多重污染物(含戴奧辛及氮氧化物),結果顯示V2O5/TiO2-CNTs觸媒操作於150oC,對戴奧辛之去除效率達99.9%,證實將奈米碳管(CNTs)加入觸媒可提高觸媒之比表面積,大幅提升戴奧辛之吸附及反應(Chemosphere, 2016),而V2O5/TiO2為SCR常用之觸媒,可同時處理排氣中之戴奧辛及氮氧化物(IECR, 2018)。張教授研究團隊也利用此測試系統協助中鋼公司驗證其自主開發之板式SCR觸媒應用於燒結廠排氣中戴奧辛及氮氧化物之協同處理效率並協助中鋼公司優化操作參數,也進一步合作開發三效觸媒可同時氧化元素汞,破壞戴奧辛及還原氮氧化物,深具實廠應用潛力,並取得發明專利(專利證書號 I648102)。

張教授亦致力於發展可有效破壞氣相戴奧辛之新穎觸媒,目標為開發低溫(<200°C)、高效、低成本之戴奧辛分解技術,具體作法是結合臭氧與過渡金屬觸媒如氧化鐵或氧化錳(簡稱臭氧觸媒氧化, OZCO),研究結果顯示添加100 ppm臭氧於150°C、含5%水氣之氣流,氧化鐵觸媒對戴奧辛之破壞效率達90%,推測氣流含水氣時,觸媒表面生成高反應性的OH自由基,有效提升戴奧辛之去除效率。綜觀而言,臭氧觸媒氧化法使用的是綠色、低成本的環保觸媒材料,配合少量臭氧的添加即可於較低溫條件去除戴奧辛,實廠應用時可直接安裝於集塵設備下游(JHM, 2009)。為降低觸媒成本,提升於實廠之應用性,張教授亦開發過渡金屬觸媒並擔載於低成本之碳材以有效去除戴奧辛,結果顯示Cu/C及Fe/C可有效分解氣相戴奧辛,且鐵基觸媒(Fe/C)之去除效率較銅基觸媒(Cu/C)高,Fe/C對冶煉廠及焚化廠之排氣中戴奧辛的去除效率分別達97%及94%,具市場競爭力 (EST, 2008)。

張教授研究團隊透過國科會計畫「以連續熱裂解程序降解飛灰戴奧辛之系統建立與評析」(NSC-98-2221-E-008-019-MY3)發展之「去除戴奧辛類化合物的系統及方法」取得國內發明專利(專利證書號 I424877)。此發明開發高效去除戴奧辛類化合物之新穎控制系統,可於高溫狀態(>200℃)下操作以有效去除氣流中之氣相戴奧辛,因系統設置於除塵設備下游,活性碳不與飛灰顆粒混合,且使用之球狀活性碳硬度高,經再生後仍可繼續使用,有效降低操作成本。氣相戴奧辛透過本技術進行吸附而去除,並可透過熱裂解系統有效脫除吸附於球狀活性碳表面之戴奧辛,同時進行球狀活性碳再生。此分層式吸附設備經實驗室及燒結廠測試證實對戴奧辛的去除效率達99.5%以上,且效率隨活性碳床層數的增加而上升,應用於處理含高濃度戴奧辛之排氣,成效卓著,研究成果(Journal of Environmental Engineering and Management, 2008)亦獲得中華民國環境工程學會學術論文獎及中國工程師學會工程論文獎之肯定。國內大型垃圾焚化廠每年產生二十萬噸之焚化飛灰,因含有高濃度戴奧辛,面臨無處可去之窘境,張教授研究團隊開發觸媒熱裂解技術可有效提高焚化飛灰之PCDD/Fs去除效率,處理後飛灰之毒性濃度低於歐洲廢棄物再利用標準(20 pg TEQ/g)。添加Pd/C觸媒進行飛灰熱裂解,PCDD/Fs去除效率與傳統熱裂解相比可提升60%,能耗則降低92%(CEJ, 2021),若考慮後續觸媒回收可以具磁性之Ni為觸媒,其觸媒回收率達60%(CEJ, 2022),深具發展潛力。

除空氣污染防制領域之外,張教授領導之研究團隊亦投入土壤污染整治技術開發,中石化台南安順場址同時遭受戴奧辛、五氯酚與汞污染,其濃度均遠超過管制標準,對附近居明造成之健康危害及後續整治進度深受國內外環保團體重視,張教授受環保署土污基金會委託積極開發連續熱裂解模組以有效破壞污染土壤中之有機污染物(戴奧辛及五氯酚),並將汞自污染土壤中有效脫除;隨後以自行研發之空氣污染防制系統捕集氣流中之污染物,其流程為袋式集塵器、驟冷塔及流動式活性碳吸附床。袋式集塵器主司粒狀物去除,可降低排氣中粒狀物濃度至 3 mg/Nm3以下,驟冷塔為自主研發設備,其目的為捕集汞蒸氣;流動式活性碳吸附床也是自主研發,主司氣態污染物吸附,透過活性碳的強物理吸附,可有效控制戴奧辛及汞之排放。測試結果證實本流程可有效降低土壤中污染物(含戴奧辛、五氯酚及汞)濃度,並使排氣中污染物濃度符合嚴格之排放標準,提供全方位解決方案 (Total solution) (Chemosphere, 2016),為整治受戴奧辛污染土壤之利器,研究成果也獲得環保署(2015年)頒予”績效卓著”之獎牌肯定。

民國86年起行政院環境保護署針對焚化廠訂定PCDD/Fs排放管制標準,規定業者每年須檢測煙道排氣中戴奧辛濃度1~2次。按現行的定期採樣規範,垃圾焚化廠的戴奧辛排放數據都是在最理想的操作條件下測得,實難以反應平時的排放情況;由於焚化廠排氣中的戴奧辛濃度會隨垃圾組成、燃燒狀況、起停爐及空氣污染防制設備是否正常運轉等因素產生很大的變化,現行手動採樣方法實難以掌握污染源排氣中PCDD/Fs的真實濃度及變動狀況。2001年環保署曾於台北市北投垃圾焚化廠設置一套由德國進口的長期連續採樣設備(AMESA),但僅運轉一年即終止使用,主要原因是國外發展的連續採樣系統並不符合國內NIEA公告的採樣方法,學術界對於所得數據仍有疑慮,且設備龐大(重達250公斤)及後續維修費用高,業者難以承擔。因此,張教授自主開發本土化的長期連續採樣系統(NCU-CS3) (Chemosphere, 2016&2020),此設備輕巧(重量僅30公斤)、符合環檢所等動力採樣規定,可正確量測焚化廠平時之戴奧辛排放濃度。具體而言,NCU-CS3之開發與使用對推動國內戴奧辛總量管制具有積極正面之意義,一方面可減緩民眾對都市垃圾焚化廠操作運營之疑慮,另一方面也提升政府在環境保護議題施政的決心與公信力,張教授於此領域之貢獻值得肯定。

長期關心全球暖化對全球環境及氣候變遷帶來的巨大影響,張教授也積極研發溫室氣體減量技術,目標是將二氧化碳及甲烷這兩種對全球暖化貢獻最大的溫室效應氣體經由乾重組(dry reforming)轉化為合成氣(syngas)再利用,實踐CCUS理念,不但可達成溫室氣體減量效果並具有產生潔淨能源的附加效益,可謂一舉兩得,深具技術發展優勢,值得天然資源匱乏的台灣積極投入。張教授團隊針對現有CO2/CH4重組技術包含觸媒催化、電漿重組及觸媒電漿技術進行文獻整理與評析,深入探討觸媒催化及非熱電漿技術應用於CO2/CH4 乾重組反應之效率及技術瓶頸,提出整合電漿與觸媒技術之優勢,彙整研究心得提出針對既有技術瓶頸的解決方向(Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016),論文之引用次數已達135次,為highly cited paper。而研究團隊填充鐵電體觸媒BaZr0.05Ti0.95O3 於電漿系統可將CO2/CH4之轉化率由50%提升至80%,產能效率亦大幅提升(Energy Conversion and Management, 2016)。

全球能源消耗量持續攀升,也引發全球暖化、空氣品質劣化及酸雨等諸多環境問題,包括氫能等潔淨能源之生產技術亟需開發;爰此,氫氣生產技術備受矚目。將碳氫化合物重組以產製氫氣具前瞻性及實用性,除提升單位熱值外,燃燒氫氣亦可減輕傳統石化燃料使用對環境的負荷。張教授團隊針對國內外既有技術進行系統性之文獻回顧,探討觸媒電漿系統應用於碳氫化合物重組產氫之可行性,釐清觸媒與電漿間之交互作用,並針對提升觸媒電漿系統之效率提出可行方式,包括新穎觸媒開發、電漿反應器及觸媒填充方式改良等,見解精闢(Applied Catalysis B: Environmental, 2008,引用次數達282次)。張教授團隊以介電質放電改質Ni/γ-Al2O3觸媒,其氫氣產率較改質前提升10%並有效減緩積碳速率,依據物化特性分析結果提出電漿可還原觸媒表面之金屬微粒,進而提高產氫效益(International Journal of Hydrogen Energy, 2015),研究成果具體。

全氟化物(PFCs)是重要的溫室氣體,其大氣壽命長達數千至數萬年,全球暖化潛值(GWP)亦高(為CO2之數千倍至數萬倍);國內半導體及光電業蓬勃發展,製程中也廣泛應用PFCs,年用量超過300公噸,深受國際環保團體重視。為有效控制PFCs排放,張教授研究團隊應用非熱電漿技術並結合觸媒進行轉化CF4、C2F6、C3F8、NF3及SF6等溫室氣體之系列研究。其中針對CF4之去除,應用γ-Al2O3 觸媒於高溫操作(T=700°C)條件可達72%之去除效率,結合觸媒及電漿系統之去除效率則提升至100%,顯示電漿觸媒系統存在協同效應(Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2019)。另外亦結合吸附劑MS-10A及觸媒γ-Al2O3同時填充於介電質放電反應器去除C3F8,其去除效率近75%,驗證電漿觸媒系統應用於常溫/常壓條件去除全氟化物之可行性(Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2011),應用於國內高科技產業之全氟化物排放控制深具潛力。