翁錦成 / 工研院材化所；吳承翰 / 國立陽明交通大學機械工程學；
陳芝穎 / 國立清華大學動力機械工程系
氣候變遷已實質影響人類生活及生存，在經濟層面上也產生諸多的損害，現今人類對地球資源的消耗還是持續攀高。因此近十年對於循環利用、循環材料的技術開展可說是顯學，除了有效率地使用資源外，更提高資源循環再被使用、利用的價值。在過去諸多材料回收因品質降低很難達到再使用的規格，且因為回收成本導致技術推廣不易，難以延續技術發展。近十年被動式日照輻射冷卻(PDRC)應用可以為這些循環材料找到高價值的應用機會，在無耗能的狀態下，讓建築、物體表面本身具備降溫的能力，不僅無能源消耗，更進一步因為具備散熱能力，可減少為了散熱使用的能耗。如能加速PDRC技術發展，相信可以讓循環的經濟效益更容易實現。
【內文精選】
面板、廢鋁、海廢循環材料
在永續發展方面，工研院材料與化工研究所光電有機材料及應用研究組，多年深耕顯示器相關材料研發，為因應2050年碳中和要求的廢棄物再利用，開發廢偏光板去碘回收與高效循環資源化技術。台灣7家相關廠商之廢偏光板每年估計9,144噸，其中38%為PVA（聚乙烯醇）與TAC（醋酸纖維素），估計可循環材料有3,474噸待去化。工研院材化所建立全循環零廢棄「固–液萃取系統」噸級處理線（圖五），利用偏光板中不同成分對萃取液的反應性與溶解度差異，選擇性地先後將碘、PVA及TAC萃取出。經過檢測，碘的去化率可達99%以上，且PVA、TAC等高分子材料回收率高於九成。
圖五、工研院材化所廢偏光板噸級處理線
PDRC專利分析及技術開發
在諸多的循環材料中，團隊先選擇了偏光板回收的TAC材料搭配台糖回收的牡蠣殼粉進行研究，有幸獲得環境部支持，開展循環材料製作PDRC應用的研究。為了在諸多循環材料及結構設計中，可以篩選出值得投入的材料與結構設計，團隊先建立時域有限差分法(Finite-difference Timedomain; FDTD)作為主要的模擬方法。FDTD是一種非常多用途的模擬工具，專門用於模擬電磁波。它能夠直接在時域中求解Maxwell’s Equations，因此特別適合用來分析光波與材料之間的變化。與頻域方法相比，FDTD不僅能提供時間解析的電磁場分布，還能在一次模擬中涵蓋廣泛的頻率範圍，包括光學響應的多種特徵，如反射率、穿透率，並由這些性值配合克希荷夫定律(Kirchhoff Circuit Laws)獲得複合材料之放射率及吸收率，這大幅提升了模擬的效率和結果的解析度。
除FDTD模擬外，團隊選用COMSOL Multiphysics®建立熱傳導與熱輻射耦合之有限元素模型，用以評估樣本之輻射冷卻性能，與後續實驗相互驗證並應用於樣本設計之優化。幾何為不鏽鋼基板上塗佈薄膜（膜厚200微米，TAC/PET體積分率80%，CaCO3體積分率20%），上方設置聚苯乙烯罩體；模擬場景為中午時段，太陽照度1,000 W/m2、環境溫度37.9˚C、天空溫度-10˚C，樣本放射率如圖七---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、模型中樣本放射率頻譜
★本文節錄自《工業材料雜誌》467期，更多資料請見下方附檔。