第 2 屆大專校院綠色化學創意競賽成果報告書
中國醫藥大學職業安全與衛生學系 指導教授：袁明豪 老師
參與學生：梁嘉晏、楊祐綸、陳星妤 組別：大專組；□研究組
隊伍名稱：CMU 除臭綠吸龜
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主題：綠色吸收除臭劑於咖啡烘培機之尾氣 VOCs 削減與循環經濟
摘要：
咖啡烘豆過程所產生的廢氣異味是近年困擾許多民眾的問題，現行異味控制技術卻各有
限制，本團隊開發「綠色除臭吸收劑L1XA」，以環保配方作為開發主軸，以削減咖啡烘培機 排放之尾氣PM 與VOCs。現地測試結果顯示 PM的削減率約 55-58%、VOCs之即時採樣削 減效率變異較大，約50-63%，與原本僅用清水相比，對惡臭物質的選擇性削減率顯著提高，
獲得咖啡烘培測試業者的青睞。未來更有機會將洗滌廢液回收作為工業重油之乳化劑，以降 低鍋爐燃燒產生之 CO2。此綠色除臭吸收劑將有機會成為經濟可行之異味控制技術之一，以 緩解臺灣環境公害問題亦幫助咖啡業免於陳情難題。透過循環再利用的概念，延續產品價值，
達成綠色循環經濟鏈之理想環保目標。
壹、 動機
一、咖啡烘焙異味污染
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 1所示。凸顯異味污染已是不容忽視的 環境隱憂。
圖1、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，本團隊繪製)
臺灣地狹人稠，生活環境多為住商混合形式，飲食店面林立住宅附近、小吃攤遍及街口
巷弄，餐飲業所排放之油煙異味難免影響到周遭民眾，因此，來自食品與餐飲業之油煙廢氣 是在眾多異味汙染物陳情事件中，影響尤為甚鉅的一部分。其中，咖啡烘焙業更是新興的重 要問題污染源。
隨著咖啡文化逐漸融入臺灣社會，人手一杯新鮮現磨的手沖咖啡已成為一種生活型態甚
至是流行時尚。近年，更有許多青年夢想開一間自烘咖啡館，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。
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然而，飄散濃醞香氣的咖啡，其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、甚至類似燒焦異味之揮發性有機污染物(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2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2、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://www.youtube.com/watch?v=CYIFgQyO0dQ)
咖啡香氣是由多種複雜的 VOCs 所組成，不同成份使其散發不同的氣味。令人著迷的焦
糖甜味是由異丁醛、二甲基丁醛、三甲基丁醛、丁二酮、2-3物二酮、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H) 呋喃酮、香草醛等構成；果香、花香來自乙醛、丙醛、β-大馬酮等；泥土味來自2-乙基-3,5- 二甲基吡嗪、2,3-二甲基苯甲醚、3-異丁基-2-甲氧基吡嗪(C9H14N2O)等成分；讓人厭惡的煙燻、
硫磺異味則來自2-糠硫醇、2-甲基-3-呋喃硫醇(C5H6OS)、甲基、3-甲基-3-巰基-1-丁醇(MMB)、 3-甲基-2-丁烯-1-硫醇(MBT)、乙醇、二甲基三硫等成分；而索隆、呋喃酮類等則是刺鼻味道 的主要來源。
二、現行油煙異味控制技術限制
油煙異味控制技術有幾種，多店家以活性碳吸附劑處理，然而因其耗材價格不低，業者
通常不會頻繁在吸附飽和後更換其耗材；靜電處理是利用帶電粒子正負相吸的原理，以達除 塵效果，但僅能消除尾氣PM2.5，對異味的消減效果有限，且電極板使用幾周就必須清洗，否 則除塵效果將會降低甚至無效。知名 YouTuber「虎記商行」於 2020 年 4 月曾拍影片抱怨自 家咖啡烘焙所使用削減異味的靜電機，耗材更換頻繁且被靜電機廠商以保養名義反覆額外收 費，疑似被敲竹槓且嚴重影響生產咖啡豆進度而感到不滿(如圖3所示)，可見靜電處理確實存 在技術限制與成本負擔問題。而影片中提及後燃機處理技術，則是類似燃燒室的概念，需要 補充燃料使其燃燒以去除2-3 ppm的VOC，然而因廢氣的熱值低，燃料所產生的CO2量遠大 於廢氣VOC量。再者後燃機之設置與操作成本皆高，對業者的衝擊不小。濕式洗滌法能同時 消除異味也能去除PM2.5，但清水的削減效果有限，通常需添加化學吸收劑以增強其效率，常 用的化學藥劑如次氯酸鈉溶液、過氧化氫溶液、二氧化氯、高錳酸鉀溶液及臭氧等，以中和
（Neutralization）、氧化（Oxidation）作用去除異味物質，並藉由氣-液接觸使臭味成分由氣相
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轉移至液相中，然而其洗滌後的廢液對環境有害，等同形成二次污染。
圖2、虎記商行評論現有異味控制技術的問題
(https://www.youtube.com/watch?v=PqiFOR47pCc)
本團隊主要將開發「綠色除臭吸收劑L1XA」，以界面活性劑具疏水基（Lipophilic）與親
水基（Hydrophilic）的結構特色，提升高揮發性難溶有機物的水溶解度，而水溶液中的有機假 相（Pseudo-phase）具有疏水性，能使低水溶解度的有機污染物更易溶於介面活性劑所形成的 微泡中，即增加有機污染物的水溶解度。綠色除臭吸收劑不含重金屬、硫與氯等有害成分，
對環境友善，在降低異味方面之效率也優於市售除臭劑。濕式洗滌法的初設成本低，且使用 過程中也沒有耗材的經濟與環保問題，且能有效降低VOCs與PM2.5，有機會成為經濟可行的 控制技術之一。更重要的是，以綠色吸收劑洗滌設備後所產生的廢液，未來將有機會作為重 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。
貳、 目的
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，且廢液可回收再利用的循環，達到真正綠色環保創意精神！
本團隊開發之綠色除臭吸收劑 L1XA 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。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，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！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。
本團隊將針對位於中部市區某咖啡烘培店作為研究對象，實際於現場進行綠色除臭吸收
劑之VOCs 與PM 削減評估，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
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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。
參、 設備及器材
本團隊於實驗過程中所使用之採樣分析設備如表1所列。
表1.本團隊使用之儀器介紹
設備器材之照片 介紹、說明
⚫ 名稱：SKC AirChek Touch採樣泵、三件式濾紙匣、鐵 氟龍濾紙
⚫ 功用：採集粒狀污染物
⚫ 實驗方法：以SKC AirChek Touch定速採樣(3 L/min)，
並用鐵氟龍濾紙(0.5 μm, 37 mm, PALL)捕集粒狀物，
採集完的三件式濾紙匣須將其進、出口封口，放入夾 鏈袋，送回實驗室進行調理，並以六位數電子天平精 秤所捕得之粒狀物質量。
⚫ 名稱：濾紙調理箱與六位數電子天秤
⚫ 功用：樣本調理、秤重
⚫ 實驗方法：
(1) 採樣前：
-每次實驗前準備兩張鐵弗龍濾紙，分別用於採集排煙管道 進口以及出口樣。
-空白濾紙放入承載盒，並於承載盒外編號(進口：A；出 口：B)
-放入調理箱中至少調理24小時以上，相對溼度控制在 30~40%，溫度在20~23°C。
-濾紙置入採樣濾紙匣中並將濾紙匣用封口膜封好，以避免 污染。
(2) 採樣後：
-回到調理箱將濾紙取下後，放回原本承載盒，並置放於調 理箱下層。
-調理24小時後進行六位數電子天平精秤(Sartorius六位數微
量天平)，並記錄重量，重複兩次；當兩次重量值相差小於 等於15μg視為恆重。取前後兩次重量值之平均值為採樣 後濾紙重量值並記錄重量。
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⚫ 名稱：NEO PID (Photo Ionization Detector) 手持式監測 儀
⚫ 功用：即時偵測揮發性有機化合物VOCs。
⚫ 實驗方法：在儀器偵測器前加裝鐵氟龍濾紙(0.5 μm, 37 mm, PALL)，並將兩臺儀器分別使用鐵氟龍管連接 進、出口排放管道採集位置，進行連續同步採集。
⚫ 名稱：真空採氣箱與氣體採樣袋
⚫ 功用：採集氣體(包含洗滌前後與加藥劑前後的氣體)
⚫ 實驗方法：將採氣袋接於採氣箱內，並將採氣箱先以 泵浦抽氣使箱內形成負壓，便能將欲採集之氣體直接 灌入採氣袋中，帶回實驗室以氣相層析儀進行分析。
⚫ 名稱：氣相層析儀(Gas chromatography, Shimadzu GC- 2014A, Kyoto, Japan)
⚫ 功用：用以分析採集氣體中不同成分之含量，並前後 比對添加藥劑前後的氣體成分差異。
⚫ 分析方法：以氣相層析儀管柱分離，並由FID檢測樣 品中氣態非甲烷總碳氫化物(THC)的濃度。氣態有機化 合物採樣方法參照環保署公告之NIEA A722.75B「排 放管道中氣態有機化合物檢測方法－採樣袋採樣／氣 相層析火焰離子化偵測法」。層析管柱為DB-WAX (30 m× 0.53 mm, 5.00 μm, Agilent J&W)；載流氣體為氮 氣，設定注射口溫度為200℃、FID溫度為250℃，GC 烘箱(oven)設定升溫條件為：60℃(hold 1 min)、60℃~
200℃升溫速率為20 ℃/min (hold 2.0 min)。
肆、 過程或方法
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L1XA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，無添加重金屬、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，天然組成配方具有低刺激性、生物可解性之優點，因此洗滌廢液對環境友 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，為陰離子 型、陽離子型、兩性型、非離子型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，可見其低毒及安全特性。
因此本團隊在配方的調配上選擇以Span與Tween作為主要配方；由親油性的Span及親
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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、現場採樣實驗
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3、咖啡烘培之實際製程與濕式洗滌設備照片
本次測試的咖啡烘焙店使用阿拉比卡(Coffee arabica)水洗AA+等級的馬拉威精品豆烘 製。實驗過程依序為，當業主設定好烘豆參數後(淺焙)，將6 kg生豆由進豆口倒入，開始烘 焙。而本團隊分別於烘豆過程的第5分鐘(加溫過程)與第12分鐘(200 C)進行採樣，其中第 12分鐘代表的是高PM與VOC排放時間，因為當溫度控制到200 C以上，咖啡生豆開始爆 開，產生大量黑煙。採樣則於進氣口與排氣口採集尚未清洗的氣體與經水洗設備處理後的氣
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體，比較清水(未加綠色吸收劑)與添加0.02%之L1XA後之削減率，如圖4所示。
圖4、咖啡烘培之現地採樣照片
伍、 結果
現場實驗測試比較清水與添加0.02% L1XA，現場進行排放管道之即時VOC量測與濾 紙採集PM與採樣氣袋；氣體採集回實驗室，以GC進行後續分析；比對水洗機進出口之 VOC與PM濃度與其削減率，相關結果如表2所示。現地測試結果顯示PM的削減率約55-
58%、VOCs之即時採樣削減效率變異較大，約50-63%。以採樣袋採集處理前後廢氣之GC-
FID分析結果與即時採樣趨勢相似。與原本僅用清水相比，PM與VOC之削減率皆有10-
15%提升。另外，特別值得一提，L1XA對惡臭物質的選擇性削減率顯著提高，獲得咖啡烘
培測試業者的青睞。
現地測試結果顯示本團隊開發之綠色除臭吸收劑L1XA對於PM及VOCs的削減效率均
優與清水洗滌，可同步除臭及除塵，且僅須極低的濃度用量便能達到功效。儘管削減率還未 達甚高，但已有效去除了會令人不悅的臭味成分，處理後的氣體只留下的咖啡果香，已顯著 去除生豆烘焙之酸味與苦炭味。
表2、以濕式洗滌法處理淺焙阿拉比卡水洗豆之廢氣採樣分析結果
採樣方法 測試條件
PM削減率(%) VOC削減率(%) VOC削減率(%) 濾紙定速採樣 NEO PID GC-FID
清水 42-47% 35-45% 37%
0.02% L1XA 55-58% 50-63% 45%
陸、 討論
一、咖啡烘焙之VOCs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L1XA，優勢在於，除了成分無毒安全，
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且實驗證實其可同步處理異味之PM 及VOCs 問題，儘管效率還未達甚高，但已有效去除了 會令人不悅的臭味成分，處理後的氣體只留下的咖啡果香，明顯較原本的廢氣好聞許多。
二、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 L1XA之洗滌廢液，
未來回收後可運用於重油之乳化，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。
柒、 結論
咖啡烘焙之異味污染是有待解決的重要環境課題，本團隊基於綠色、環保的設計理念所 開發出的「綠色除臭吸收劑L1XA」，優於其他油煙處理技術的特點在於能同步削減VOCs以 及 PM 成分，且於現場實驗確實能感受到處理前與後的刺鼻異味的改善，更重要的是，環保 配方對環境友善，洗滌廢液不僅不造成二次污染甚至可用於提升工業重油燃燒效率，一舉數 得的理想目標值得投入更多心力研究，持續發展及精進。
捌、 參考資料及其他
行政院環境保護署，公害陳情案件數年報，
https://erdb.epa.gov.tw/DataRepository/Statistics/PopPrtrPndNew.aspx。
TVBS新聞，咖啡太香也要罰？北市年接百件異味檢舉，2019年9月28日，
https://news.tvbs.com.tw/life/1207995。
自由時報，咖啡、麵包太香也會被檢舉，2014年7月9日，
https://news.ltn.com.tw/news/life/paper/794289。
民視新聞，咖啡店每天烘豆鄰居嫌「臭」舉報，2013年10月27日 https://www.youtube.com/watch?v=CYIFgQyO0dQ。
虎記商行，"敲竹槓"的由來？ 靜電機與後燃機的選擇，2020年4月23日，
https://www.youtube.com/watch?v=PqiFOR47pCc。
Andrea Buettner (Eds.). (2017). Springer Handbook of Odor. Cham, Switzerland: Springer International Publishing.
