第2屆大專校院綠色化學創意競賽 創意說明書 一、主題
綠色吸收除臭劑於咖啡烘培機之尾氣VOCs與異味削減與循環經濟
二、動機
忙碌生活中，很多人習慣來上一杯咖啡，細細品嚐、好好享受其中的溫醇與帶點酸味的苦 澀。近年來，在臺灣更是有越來越多有創業熱忱的青年，將隱身巷弄的老宅改造成古色古香的 文青手沖咖啡廳，希望用溫暖的咖啡香帶給人幸福。然而，呈現給消費者一杯完美咖啡的背 後，卻是隱藏著令人困擾的問題。
烘焙咖啡生豆的過程中，會產生一股強烈又苦澀、略酸、甚至類似燒焦的異味等揮發性有 機污染物(Volatile organic compounds, VOCs)，而現今手沖咖啡業者多選擇在住宅區經營，且為 維持咖啡豆品質更是強調自家烘焙，長期下來卻是使附近居民不勝其擾，咖啡烘焙造成的異味 陳情也屢屢登上新聞版面(如圖1所示)。因此，咖啡烘培之VOCs與異味汙染物值得重視，且必 須加以有效改善。
圖1、近年咖啡烘焙異味陳情屢屢躍上新聞版面 (https://news.tvbs.com.tw/life/1207995
;
https://news.ltn.com.tw/news/life/paper/794289
;
https://www.youtube.com/watch?v=CYIFgQyO0dQ)近年環保署的公害陳情數統計可發現，從2016年開始，「異味污染」已取代「噪音」成為 臺灣第一大公害類型，約佔3成多的高比例，如圖2所示。傳統異味控制技術有幾種，靜電處理 能消除排出的尾氣PM2.5，但解決異味的能力有限；以清水洗滌法能同時消除異味也能去除 PM2.5，但效果有限，通常需添加化學吸收劑以增強其效率，但清潔後的廢液對環境有害，等 同形成二次污染；而現行異味控制技術多以活性碳吸附劑，然而其耗材更換頻率高、價格不 低，且仍有二次汙染問題，多數業者通常不會頻繁在吸附飽和後更換。本團隊主要將開發「綠 色除臭吸收劑」，成份不含重金屬、硫與氯等有害物質，對環境友善，且在降低異味方面之效 率也優於市售除臭劑。更重要的是，用以洗滌設備過後所產生的廢液，將有機會能作為重油鍋 爐之重油乳化劑，幫助燃燒效率、減少重油使用，以達節能減碳與廢液循環經濟之雙重目標。
本次創意競賽以研究室開發之環保配方型除臭吸收劑，提供咖啡烘焙異味問題一個有效、
經濟且友善環境之處理方法，並驗證以廢液回收再利用的循環達到真正綠色環保創意精神！
圖2、2000-2019年臺灣環境公害與異味污染物、噪音汙染之民眾陳情案件統計 (行政院環保署年報，本計畫繪製)
三、目的
本團隊將針對位於住宅區之自烘咖啡店作為研究對象，實際於現場進行綠色除臭吸收劑之 VOCs與異味削減評估，建立相關藥劑添加、換水頻率與成本等相關操作參數，並了解不同烘 焙咖啡豆製程之廢氣特性，期望開發市場可負擔之環保除臭吸收劑，以提供政府與業者解決異 味陳情難題之可行方案，並消除附近居民長期的異味困擾。最終期望達成循環再利用的目標，
在去除異味污染源的同時，廢液還能增進工業燃燒效能，打造理想的綠色循環經濟。
本團隊開發之綠色除臭吸收劑其主要成分為生質原料合成之Span與Tween界面活性劑，具 高度生物可分解性與環境相容性。另外，Span與Tween屬於非離子型界面活性劑，有別於其他 類型的界面活性劑溶解於水中後親水端解離而帶電荷之原理，非離子型界面活性劑之分子不解 離也不帶電荷，為四類界面活性劑中刺激性最低的穩定、安全配方。Span是由山梨糖醇脫水製 得的；Tween由山梨聚糖和油酸通過乙氧基化而製得，是一種琥珀色油狀液體，以Span之疏水 特性作為親油端、Tween提供親水特性，配置成乳化劑。因其溫和特性，更是普遍運用於藥品 及化妝品工業、食品工業(如冰淇淋之乳化)、以及生活清潔產品中，如嬌生嬰兒用沐浴乳等廠 牌即添加Span和Tween成分，其天然、安全配方不僅能有效削減有機化合物，且在添加進洗滌 設備作為洗滌藥劑後，較不易造成環境有二次污染之負擔，而其良好的乳化劑功效更是本團隊 期望未來將回收廢液用於工業用重油之乳化達預期效能的重要依據。
四、設計大綱（含流程圖及照片更佳）
(一) 綠色除臭吸收劑配方的設計
本團隊開發之綠色除臭吸收劑成分包括環保型界面活性劑、增溶劑、酸鹼調整劑與其他助 劑，且不含重金屬、硫與氯等有害物質。其主要成分中Span與Tween界面活性劑由生質原料合 成，洗滌廢液對環境友善，符合「低毒」、「可解」、「防廢」等理念原則。Span與Tween系
列具有刺激性低、生物可解性之優點，其甚至可添加在食品、化妝品、及嬰兒用清潔產品中，
可見其低毒及安全特性，所以在配方的調配上選擇Span與Tween作為主要配方；由親油性的 Span及親水性的Tween配製而成的非離子界面活性劑，可達到乳化、清潔的效果，更能同時兼 顧環境友善的概念，相較其他化學性介面活性劑仍有二次污染的環境危害疑慮，本團隊選用天 然、安全且環保的配方作為綠色吸收劑之主要成分，使用後之廢液可直接導入重油乳化程序使 用，因此在製程及使用甚至後續的回收再利用的各階段過程中都是安全無虞的，達到「保安」
及「思危」的境界。
(二) 咖啡烘焙之VOCs與異味削減評估
本團隊的研究方式屬於異味處理方式中的濕式洗滌法，而濕式洗滌若單純以清水清潔設 備，對於削減煙霧以及去除臭味之效果都相當有限，通常會添加化學藥劑以增加其削減效率；
傳統化學吸收劑在清潔後藉由與臭味成分進行化學反應而有效削減VOCs，然而其洗滌廢液含 有害成分卻也造成二次污染的隱憂，且必須搭配較多的藥劑使用量才能達一定的削減效果，不 經濟也不環保；因此本團隊開發此綠色除臭吸收劑，優勢在於，除了成分無毒安全，其削減 VOCs之效率更優於市售吸收劑，且僅須極低的濃度用量(0.1%)便能達到功效。天然植物油配 方調配及使用安全、簡單，本團隊之研究出發點即是希望能以「簡潔」、高效、經濟實惠為原 則的環保吸收劑，有效解決異味污染的環境隱憂！
本團隊將規劃到台中市北屯區某間咖啡烘培店，進行實際VOCs與異味削減效率評估，以 確實「監測」、了解使用情況，適時做研究調整，如圖3所示。以求操作參數與性能之精準 化，建立相關藥劑添加、換水頻率與成本等相關操作參數，避免不必要之浪費。
咖啡豆烘焙整體概略流程 烘豆過程查看烘焙情況
控制烘豆設備之數位參數設定儀器 烘製完成，兩段式咖啡豆冷卻盤 圖三、咖啡烘培店之實際製程與水洗控制設備照片
(
三)廢液作為重油乳化劑之空污削減測試一般濕式洗滌用的清潔廢液對環境有害，幾乎不可能再回收而作為其他用途使用，而本團 隊的理想目標即期望能將洗滌後之廢液回收再利用，朝「再生」、「物盡」的原則努力，將綠 色吸收劑使用後的廢液用以作為乳化重油的工業用途，能扮演類似「催化」的角色。使用Span 與Tween之乳化劑廢液能產生乳化重油，形成油包水型的乳化燃料，燃燒過程中，包在內部的 水分子受熱氣化、體積膨脹產生壓力，當壓力過大使包覆在外圍的油層爆破，便形成更多小油 滴，大大增加了燃燒的表面積，即發生「微爆現象(Micro-explosion Effect」，使得燃燒效率提 升 ， 降 低NOX與CO的 排 放 。 而 水 分 子 會 與 燃 料 中 的 碳 粒 發 生 「 水 煤 氣 轉 換 反 應 」 ： CO+H2O→H2+CO2，即高壓水蒸汽與一氧化碳反應生成氫氣與二氧化碳之過程，所產生之可燃 性氣體氫氣亦能幫助燃燒反應。綜合上述，本團隊研發之綠色吸收劑之洗滌廢液回收後運用於 重油之乳化有機會大幅提升工業燃燒之效率，降低重油燃料之使用以及污染之排放，以成就
「節能」之理想。另一方面也能減少工業上為提升效能而添加其他對環境造成負擔的化學重油 乳化劑或界面活性劑等的輔助性材料，即達「降輔」之原則目標。
