廢氫氟酸資源再利用之碳足跡分析：材料世界網

李旋維 / 工研院材化所

國內缺乏氟礦資源，每年進口約6萬噸氫氟酸以滿足科技業的需求，使用後的廢棄物目前以降階或異業再利用等方式進行去化處理，可再利用製成工業級氫氟酸、氟矽酸鈉、冰晶石(氟鋁酸鈉)、人工螢石(CaF₂純度>75%)等。本文研究再利用的製程及產品的生命週期，藉由數據收集及碳排係數資料庫進行碳足跡計算評估。而全球約97%的氫氟酸是由天然酸級螢石(CaF₂純度>97%)製造生產，本文也針對工研院開發氟化鈣污泥轉製再生酸級螢石的技術進行碳足跡分析，並介紹如何透過製程改善優化碳足跡，落實減碳效益之目標，並有助未來產業推動達成資源零廢棄及循環再利用，作為我國廢氫氟酸資源循環技術發展策略參考。

【內文精選】

國內廢氫氟酸高值化製程生命週期及碳足跡

1. 國內含氟廢棄物再利用流向概況

科技廠使用後的廢氫氟酸主要分為高濃度(>2%)及低濃度(<2%)兩種路徑，申報代碼為C-0202。高濃度大部分委外處理，可再製成工業級氫氟酸、氟矽酸鈉、冰晶石、氟化鈣泥餅，少部分由科技廠自行處理成氟化鈣污泥，例如某科技廠無申報C-0202的含氟廢液，而是將高濃度及低濃度含氟廢液皆再製成氟化鈣污泥；低濃度含氟廢液由於水分含量及雜質過多，再利用廠因運輸及處理成本考量而不收取，因此在科技廠內自行製備成氟化鈣污泥後，提供給再利用廠製備成純度75%人工螢石、控制性低強度回填材料(Controlled Low Strength Material; CLSM)及水泥業使用。

2. 高濃度含氟廢液再利用及碳足跡計算

(2) 再利用成氟矽酸鈉

高濃度含氟廢液也可製備成氟矽酸鈉，如臺灣發明專利TW201609541A所揭露，先在氫氟酸廢液中添加矽精礦於該專利所述調整濃度後的氫氟酸廢液內，將氟離子轉成氟矽酸，透過添加過量的含鈉化合物於氫氟酸廢液中，以生成非溶解性的氟矽酸鈉結晶體(Na₂SiF₆)。藉由生命週期評估，可計算出產生每噸再生氟矽酸鈉的碳排為655 kgCO₂e/噸，碳排主要來源在氯化鈉的使用，占了總體的63%，其次為電力使用，占32%。我國氟矽酸鈉主要再利用廠為惠豐化工及達穎應材，年產量約2萬噸，主要用於建築、建材工業，此外也可用作搪瓷助溶劑、玻璃乳白劑、耐酸膠泥和耐酸混凝土凝固劑和木材防腐劑，農藥工業中則用於製造殺蟲劑等。

3. 氟化鈣污泥再利用及碳足跡計算

低濃度含氟廢液由科技廠內自行處理成氟化鈣污泥(純度5~85%，含水約30~70%)，若氟化鈣純度小於75%較無再利用價值，則委託給低強度混凝土(CLSM)及水泥/營建直接去化使用，這方面將不探討碳足跡。若氟化鈣純度大於75%則委託給國內再利用廠，如台螢及立盈，再製為人工螢石產品(純度>75%，含水率<5%)，生命週期如圖七所示；碳足跡包含製程階段中的旋窯處理、攪拌、壓球、造粒烘乾處理所需使用的天然氣、電能及水，最後為污染防治包含固廢處理及廢氣系統所需的用電量，可計算出每噸純度75%人工螢石的碳足跡為584 kgCO₂e。此外，也可以經由熱點分布觀察到製程階段中碳足跡的來源，主要為旋窯及烘乾處理使用的天然氣，占比約58%，最終產出人工螢石產品。國內每年約產出4萬噸的人工螢石，其中約8成銷售給國內鋼鐵業者當作助熔劑，另外2成則提供給國外。

圖七、75%人工螢石之(a)生命週期；(b)碳足跡

97%再生酸級氟化鈣製程碳足跡及減碳效益評估

1. 97%再生酸級氟化鈣製程之碳足跡計算

本專題前面文章報導工研院建立「廢氫氟酸資源純化與高值化技術」，能將純度75%氟化鈣污泥提升至97%再生酸級氟化鈣產品。試量產初期研究團隊也針對產品生命週期建立碳足跡，包含製程階段中的化學除雜、水洗、固液分離、乾燥、過篩及包材，盤查所需原物料、水、能資源及廢棄物的種類及使用量，最後進行碳足跡計算評估。排放係數來源為「產品碳足跡資訊網」及「ecoinvent 3.8」資料庫，得知各階段碳排量，產生每噸97%再生酸級氟化鈣碳排為7,881 kgCO₂e /噸，碳排量最大為原料投入，占比達68%，其次為能源投入，占比達29%，所使用的能源中又以乾燥製程占比最大，需要針對製程做減碳效益評估及改善。

2. 97%再生酸級氟化鈣製程減碳效益評估

水資源也藉由化學置換製程的固液比降低及水洗製程次數縮減，降低原先的76%。最後建立低碳試量產碳足跡(圖十)，計算產生每公噸97%再生酸級氟化鈣的總碳排量為2,684 kgCO₂e /噸，相較於試量產初期的碳排7,881 kgCO₂e，減碳約66%。未來量產階段在反應槽加熱、乾燥這些高耗能製程，將採用餘熱回收或天然氣加熱的方式來處理，相同熱值使用電力的碳排為天然氣的2.63倍，預期能源投入的碳排可降低36% ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。