二氧化碳的超臨界溫度為 Tc = 31.1 ˚C，其取得容易且成本低，捕捉並循環運用此溫室氣體，是能永續發展的綠色技術，全球各工業發展國家為此技術的應用發展，均已投入量產設備，尤以歐、美、日為先進建構高壓設備的大宗。後續的研究，除產業界在已知的溫度、壓力參數控制下，獲得最佳化工作效率外，學術界亦致力於以更多精確的模型來設計調控密度、黏度、擴散效率外的物理性質，藉以在最節能的條件下達到更好的萃取溶解度，應用於各種細微粉體製作，同時也提升此技術的安全性。
超臨界流體性質與技術背景
自從超臨界流體（SCF）於西元 1822 年被發現，後續的研究顯示，超臨界流體與物質氣態或液態間的轉換，為連續性之密度改變，並無持溫相變化的階段，因而不被定義為物質的另一“態”或“相”。實驗中，可藉由變化超出該物質的臨界溫度（Tc）與臨界壓力（Pc），調控此區間的物理性質，造成黏度與擴散係數超過 1~2 個數量級的大幅度改變。此物性改變在近代工業生產中扮演重要的角色，不論是應用於萃取和化學反應中，作為高密度與高滲透率的溶劑，或是利用其本身於小幅度溫度改變下的大幅度體積改變量，來取代傳統的蒸氣推動渦輪機運轉，作為新世代高效的超臨界發電設備，種種應用情境都指出了此技術的前瞻發展性。
超臨界萃取技術
1. 超臨界二氧化碳萃取
超臨界萃取技術)開發如使用純二氧化碳作為流體，具無毒性溶劑殘留之優勢，搭配高效率回收 CO2 再利用回收率 >95 % 的流程，於生產應用端能符合大眾對於環保的需求。超臨界態下的二氧化碳流體具有類似氣體之良好擴散性，以及類似液體之高密度與溶解非極性物質能力。利用上述優勢可獲得廣大的應用商機。
圖二、流動型超臨界萃取裝置示意圖
3. 生產製程
萃取過程中，溫度、壓力與萃取時間的調控，往往是影響總萃取效率及生產成本的關鍵。由於超臨界設備需要維持在相對高溫和外加高壓的環境下，其成本主要在於運行能源的消耗，不同於傳統的溶劑萃取法，主要成本在於化學品使用量與廢水、廢液處理之費用，因此提高萃取效率的製程，便是化學工程上的一門重要技術。
調控產生奈米至微米級顆粒
傳統製程中，調整顆粒大小的方式，主要是利用摩擦力粉碎技術，如：研磨或球磨，以物理切削或粉碎方式將固體的尺徑調控至微米大小。但是此法製成的顆粒粒徑分布較廣，往往需要以過篩方式，一再地均一化粉體尺徑，工序繁雜。近代利用超臨界流體作為溶劑的微粉化技術，可產生奈米級的顆粒，且粒徑分布均勻。依照應用方式可分為：氣體飽和法、快速膨脹超臨界溶液法、超臨界抗溶劑法。
圖九、利用分子動力學模擬出的CO2團聚過程
熱力學描述
一般來說，溶解指的是溶劑分子（較多者）將溶質分子（較少者）分散並且包圍的行為，其可能涉及因極性差異導致分子間難以分散，進而造成……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：陳柏綱 /工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」355期，更多資料請見下方附檔。