李訓谷 組長/副研究員

國立成功大學能源科技與策略研究中心

---

二十一世紀由於二氧化碳濃度持續上升，導致地球環境加速溫暖化現象，造成全球氣候變遷問題，因此國際上均著重於探討二氧化碳減量課題，思考如何有效降低二氧化碳排放量。其首要措施就是增加能源的使用效率，減少能源散失。根據經濟部能源局之統計，將我國各行業分為六個二氧化碳排放的主要部門，包括能源部門、工業部門、運輸部門、農業部門、服務業部門及住宅部門。其統計二氧化碳之排放包含兩部分，第一個部分為各部門燃料直接燃燒之二氧化碳排放量，第二個部分為發電所排放之二氧化碳總量乘以各部門用電量比例。因此，二氧化碳排放量越高之部門，代表使用之能源總量越高。以工業部門排放總量為例，1990年之燃料燃燒 CO₂排放量（含電力消費）為5075萬公噸(46.35%)， 2015年已上升到11987萬公噸(47.84%)。工業部門於能源使用上都會使用隔熱保溫材料，減少能源散失，降低用電量以達到節能減碳之目的。例如，發電用之蒸汽渦輪機需減少水蒸汽於管道傳輸的熱散失，工業製程所需之蒸汽或熱水必須將其從鍋爐產生而沿管線送至需求單位，遑論建築物本體隔熱之優劣攸關空調用電之多寡。是以各種隔熱塗料、或隔熱材料，如玻璃纖維(無機)、岩棉(無機) 、發泡隔熱材(有機)等得以被大量開發使用。

                                                    

圖1 各部門燃料燃燒二氧化碳排放量。

 

二氧化矽氣凝膠是一種乾燥膠體，俗稱凍結的煙霧(frozen smoke)藍煙(blue smoke)，而這些形容都源自於他的透明性與物質中的光線散射能力。二氧化矽氣凝膠是1930年Kistler教授利用傳統低溫溶膠凝膠法製成，且用超臨界法乾燥法。因此氣凝膠具有網狀結構之高比表面積及低密度、低折射率之性質，當製造過程採用溶劑做熟化處理或熱處理之後，因結構上改變熱性質因而產生極大進展。氣凝膠其高比表面積500～1200m²/g、孔隙率88~99.8%、低密度20~200 kg/m³、低熱傳導值 0.015 W/mk、低介電常數 1.0 ~2.0、高透光性及低折射率 ~1.05吸引各領域研究者廣泛注意。也由於氣凝膠具有優良之隔熱性能，是絕佳之隔熱材料，目前市售產品熱傳導係數低於0.013 W/m-K，比傳統材料優越。

表1 各種保溫材料之特性比較。

 

氣凝膠被應用在工業管線隔熱建材上，以美國Aspen Aerogels, Inc.所開發的Spaceloft^R隔熱毯最為普遍，Spaceloft^R厚度約為10mm，熱傳導係數為0.0131W/m-K，傳統隔熱保溫材料的熱傳導係數約為Spaceloft^R隔熱毯的 2–3倍，而且Spaceloft^R隔熱毯以玻璃纖維為基材，因此強度與彈性均較塊狀氣凝膠優越，適合應用在建築物外牆與工業管線的隔熱保溫上。氣凝膠隔熱毯的價格雖然單價較傳統隔熱材料貴，但是要達到相同隔熱效果時，氣凝膠隔熱毯的總造價是傳統隔熱建材1/10，並且使用氣凝膠隔熱毯會降低保溫層的厚度。