新食品防護網－智慧包裝材料技術
智慧包裝(Smart Packaging)在食品產業為新興發展趨勢，雖仍在技術開發與市場應用成長階段，尚未完整達到商業化可行性，但對未來食品安全、品質及可追溯性等均將有重大影響。消費者對於食物的安全性、健康、高品質及快速簡便等的需求日殷，加以全球對環境污染、海洋塑膠累積及食物浪費等議題的重視，促成新包裝材料與技術的發展，如活性包裝、氣調包裝、貼體包裝等紛紛興起，其目的皆在於降低食品添加劑的使用，並延長保
存期限。包裝材料與方式的選用應視內容物特質、儲存與運送方式等，作適當的搭配，才能達到預期之效果，由於通常為一次性使用，因此趨向於使用可分解或生質材料。另考量到食品安全，食品來源的可追溯性也逐漸列入各國法令規範之中。食品包裝的發展正逐漸從傳統的「保護」功能，增加了「簡便」、「資訊」及「綠色環保」等訴求。
「智慧包裝材料市場概況」一文指出，智慧包裝多年來一直是熱門的話題。它有許多名稱，也可稱為智能包裝、氣調包裝、活性包裝或是上述項目的組合。智慧包裝是關於包裝產品，並使包裝內的產品可以有效的延長保存期限，並將產品訊息藉由傳感器和通信功能的形式（帶或不帶電子設備），透過雲端、互聯網，將產品資訊透明化。透過全球智慧包裝的市場概況與發展趨勢、市場區域分布、包裝大廠的發展策略等面向分析，可知智慧包裝用於食品和飲料產品具有良好潛力，面對新鮮和優質包裝食品、消費者便利性以及製造商對更長保質期的需求日益成長，將進一步推動全球智慧包裝在食品和飲料產業的市場應用。
根據OLIO調查，全球生產的食品有33~50%不會被吃掉，浪費重量達到13億噸、食品浪費總值超過1兆美元。傳統直接添加防腐劑到食品中來達到保鮮的作法已無法被消費者所接受，國內食品業者開始推廣不含任何添加劑的「潔淨標章」概念，透過各種包裝技術開發來取代傳統使用防腐劑的活性包裝概念應運而生。「活性包裝技術演進與現況」指出，透過包裝材料的設計、加工技術的改良以及相對應之機械設備的搭配，現今的智慧包裝技術已經可以在不添加任何防腐劑的情況下，大幅提升食品的保存期限，進而減少食物浪費並保障食品安全。消費者對於此類產品的理解與認同程度越來越高，製造端也理解使用智慧包裝在食品加工、運輸、零售以及通路可以減輕的成本壓力。未來如何透過包裝材料的輕量化、可回收或者是可分解等手段，進一步減少包裝材料對於環境的影響，將會是全球食品包裝產業的發展主流。
食品智能包裝逐漸備受重視，應用在肉品產業領域的技術蓬勃發展中。「食品智能包裝技術盤點與發展趨勢」探討指出，感測技術如生物感測器、螢光感測器、氣體感測器等，較為精密準確，其優點就是快速準確且值得信賴，但對於直接應用於食品包裝中，是一種複雜的系統，比較適合使用在食品安全品質實驗室，而不是在食品賣場中。比較可能被賣場應用的是氣體感測器，具有靈敏快速和容易用等優點。此外，結合RFID和感測器也是一種記錄監控食品品質的技術發展新趨勢。目前最多商品化的技術為指示標籤，但其靈敏度較低和低穩定性的缺點尚須克服。
廢棄有機污泥的減量再利用
廢棄污泥的處置費用約占污水廠操作費用的60%，此因素大幅影響經營業者後續投資的意願。台灣地狹人稠，廢棄物因掩埋場容量限制，導致其清運費用逐年增加，廢棄物的處理問題更形嚴重。如何減少廢棄污泥或將廢棄污泥再資源化，變成一個很熱門的議題。污泥減量可藉由幾個策略達成：首先為源頭減量，調整處理程序使其產生最少的廢棄污泥；其次利用例如不同的水解技術再搭配合適的生物處理單元進行有機污泥減量處理；最後再使用污泥乾燥設備處理，移除污泥中的水分，使最後出廠的污泥餅重量達到最少。之後需再考量污泥再資源化的可能，現階段政府建議的方向為：材料化、能源化與堆肥化等三種，如何找出合適的再資源化方法，也是影響廢棄污泥能否再利用的重要一環。
廢水處理產生相當多的廢棄污泥，污泥減量技術的開發受到各界注意及重視。在台灣由於廢棄物最終處置場的飽和與缺乏，導致廢棄污泥的清運費用日益升高，甚至到了即使想付費也無人可清運的最壞情況，此問題一直是污水處理單位最頭痛的問題。超音波是一種非常有效率的技術，應用在廢棄污泥的減量尤具效果。「超音波污泥減量技術」一文指出，超音波對廢棄污泥的減量具有相當顯著的效果，尤其超音波技術無需添加任何藥劑，屬於一種綠色技術，非常適合後續進行回收再利用的用途。試驗結果顯示，其污泥減量效率可達34.2%以上；若再加上微小氣泡的影響，其污泥減量可再提升17.3%。此結果證明超音波適合用於有機污泥的減量，工研院開發了此套超音波污泥水解系統，可作為解決國內廢棄污泥過多問題的優先選項之一。
「有機污泥氣化、裂解與厭氧消化轉製燃氣」一文探討，有機污泥之能源轉換方式主要以熱處理及污泥消化等技術進行，可分別將有機污泥轉換為固相之生質碳及焦炭、液相之生質油、氣相之甲烷、氫氣及合成氣等生質燃料。核心技術即經由氣化、裂解與厭氧消化等方式，達成污泥處理與回收能源的目的。為有效達成污泥類廢棄物之整合性處理或資源化技術規劃，近年來國際間大多朝向利用氣化、裂解技術，掌握生物質特性並精確控制溫度，直接發展出最佳可行之應用技術、開發創新及新穎之處理或資源化技術，以及規劃低能源衝擊或發展自給自足能源系統之處理技術等方向進行，以期有效推廣永續利用技術及其應用實績。而厭氧醱酵需經過水解、酸化與甲烷化三個階段，適當的前處理程序，可提高水解的效率，同時增加污泥產沼氣的效率。整體的能源轉換技術，須具有破壞有機化合物之能力、衍生廢氣排放量低、戴奧辛/呋喃生成潛勢低、產出應用多元化、衍生之固體殘餘物性質穩定並可進行再利用等優點。
生質有機污泥一直是環境工程中的一大難題，但是站在永續循環利用的角度，生質有機污泥被視為一種資源，可將其資源化、能源化再利用。即使因為污泥成分與特性，有一部分無法完全利用，也能降低處置的成本。工研院近年來投入開發乾式厭氧醱酵技術，其可用於處理固態生質物料源，將其轉化成沼氣以作為能源利用，殘餘的沼渣用於有機堆肥。「生質有機污泥乾式厭氧醱酵能源化利用」提供一套針對低含水廢棄污泥的完整能源化與資源化方案，透過乾式厭氧醱酵技術，將有機廢棄污泥儘可能的能源化、資源化，同時降低污泥含水量，提高其脫水性。在回收有機污泥的能源價值後，也可降低殘餘沼渣的最終處置成本，為民生、農業與畜牧產業的廢棄污泥處置提供一個新的永續循環經濟模式。
「有機廢棄物經厭氧醱酵後剩餘資材之再利用」主要闡述豬糞經厭氧醱酵後剩餘資材之再利用。經實驗分析此剩餘資材缺乏植物所需之鉀肥，因此無法直接當成肥料使用，必須摻配其他有機資材，摻配之資材經堆肥過程製成肥料後，將此肥料應用於兩種農作物，實驗結果表明，使用此自製肥料確實可提高農作物之生產量。然而除了肥料的應用外，將此剩餘資材製成生質燃料也是目前的趨勢之一，文中列出了歐洲幾個國家，製作廢棄物衍生燃料的相關規範。然而由於豬糞中，銅和鋅的含量偏高，因此在製作成衍生燃料前需先將重金屬去除，文中也一併介紹生物處理法進行重金屬去除的相關技術。
近年來異味問題的環保陳情案件數大幅增加，僅靠設置緩衝區域讓異臭味成分被擴散稀釋的策略不見得奏效。當環境受限、異臭味成分擴散稀釋不及，便需要更有效率地收集以及將異臭味成分去除。在廢水處理單元產生的污泥中，不乏有特殊異味產生之情形。這些異味問題都可能會在後續生物處理、物理處理、熱處理、掩埋處理等污泥處理過程中揮發或逸散出來，必須被妥善處理。「污泥異味問題及防制策略」一文評估以化學氧化方式去除污泥處理過程衍生之低濃度致臭污染物，結果顯示硫化氫、氨氣皆可被有效去除至異味閾值，同時其臭氧需求以風量300 CMM估算約為50 g/h，具有經濟可行性。
主題專欄
國際儲能設備市場隨著再生能源與智慧電網逐漸擴大而興起，也帶動各式高安全、低成本的新穎電池研發。能源/儲能專欄「鋁電池發展現況及前景」一文介紹之鋁電池即是針對再生能源儲能而設計，使用蘊藏豐富、價格低廉的鋁金屬及石墨為主要材料，可謂物美價廉！為了提高電池本身的安全性，工研院採用安全難燃的離子液體電解液，使得鋁電池同時滿足安全性、高充放電效率、逾萬次耐久壽命及高倍數的電流耐受能力，適合用於減緩再生能源劇烈變化造成之電網衝擊。工研院投入開發鋁電池作為分散式儲能系統，藉由技術轉移扶植國內業界，形成從上游材料端、中游電池製造端與下游應用端完整的產業鏈，使我國能有效掌握鋁電池關鍵材料與自主製造技術。
韓國自2009年起開始推動智慧電網發展，2017年第一期計畫已結束，2018年正式公布第二個五年期計畫。第二期計畫規劃以發展更靈活的電力交易市場為核心目標，將電力系統打造成創造價值的平台。我國智慧電網推動也即將於2021年邁入下一階段，市場瞭望專欄「營造靈活電力市場型態－韓國第二期智慧電網基本計畫剖析」探討韓國第二期智慧電網基本計畫規劃方向，希望透過分析可供我國發展借鏡參考。
循環經濟專題接續上期，由產科國際所繼續探討「循環經濟下化學工業的新思維與台灣產業的轉型」。作者提出「製造者負責回收處理廢棄物模式逐漸興起」、「產品價值計算方式由量轉質，『化學品租賃』作法興起」兩觀點。無論從企業社會責任端，或是從「以質計價」重新衡量產品價值端，都會發現產品製造者進行回收處理再運用的趨勢已逐漸形成。而化學品的使用者可以在不需擁有化學品的情況下，使用較少的金錢即可獲得或享有化學品的功效。目前化學品租賃的消費模式也多數出現在注重功效且單價較高的特用化學品項上，台灣的特用化學品生產廠商應可注意此一趨勢，提升自身產品的價值與開創新型態服務的商機。
材料補給站「破冰之旅！從大馬台商的企業參訪中思索如何具體落實政府新南向政策」一文，也接續上期分享工研院團隊與馬來西亞柔佛州台商在新山的交流與參訪實況。下篇中訪問台商企業Leaderart二代接棒者談創新經營、集盛農業科技公司第二代談導入大馬具特色草藥的生技產品開發；另也拜訪時代瓷磚(Times Ceramica)與大連化工(DCC)等公司。透過工研院多年來在經濟部科專計畫支持下所建立的技術能量，未來能與大馬台商企業進行緊密的研發合作，希望工研院可以成為台商背後最堅強的研發夥伴。
技術發表會由明志科技大學發表「能強化抗腐蝕性能之石墨烯/氧化石墨烯-金屬複合生物環保電鍍製程」。石墨烯或氧化石墨烯添加在油漆塗層或應用於材料改質，可提升材料表面抗腐蝕特性。本文開發以氯化膽鹼與尿素依比例混合、加熱組成之離子液體再加甲酸，並依需求添加高活性的鍍層金屬離子，如依不同比例的金屬（鋁、三價鉻）氯化物，與微量硫酸組合成「無水生物環保電鍍溶液」。當這些碳材料混合於環保電鍍溶液，隔水加熱與適當的操作低電流，即可共電鍍沉積之複合鍍層。初步研究發現，應用在電鍍鎳、銅、鉻與鋁上可讓鍍層腐蝕電位Ecorr與電流Icorr提升，明顯改善原材料的抗腐蝕特性。當鍍液髒時只需簡單的過濾即可再使用，達到循環經濟之目的。而當鍍液不堪使用時，則於鍍液添加稻殼粉與甘蔗粉就可製作成固態肥料。
熱門專利組合本月推出工研院材化所在「循環再生資源化」、「銅箔基板」、「包裝材」三類八項優質專利組合。「循環再生資源化專利組合」精選水質檢測技術、低耗能電容脫鹽技術；「銅箔基板專利組合」包括積層板與銅箔基板技術、低粗糙度銅箔技術；「包裝材專利組合」則有生物可分解材料、生質塑膠材料、熱塑性澱粉材料、難燃生質材料。材化所技術豐富多元，歡迎業界挖寶與材化所智權加值推廣室（03-5913737）聯繫洽談。