終端課程專題競賽成果

稻稈製造細菌纖維素膜的量產程序開發

【114學年度專題競賽第一名】台灣有大量農業廢棄物稻稈，傳統處理方式多以露天焚燒為主，造成空污與碳排問題，本專題探討農業廢棄物高值化再利用的可行性。研究方法以稻稈為原料，經由三階段來生產出高附加價值的細菌纖維素膜。稻稈經氨水和雙氧水前處理破壞稻稈的木質素，增加纖維素含量，以TGA分析後，纖維素含量從 51.35% 提升到 71.37% ；再來去木質素稻稈進行酸水解產醣，操作條件為(硫酸濃度 70 wt%、65℃、15 min)，經HPLC分析，其總醣濃度為 13 g/L，纖維素轉化率達 65.83%；最後將水解醣液作為合成細菌纖維素膜的碳源，取代 10%的純葡萄糖。實驗結果顯示，利用稻稈水解糖培養之細菌纖維素膜具高含水率、良好貼膚性與生物相容性，顯示其應用於高端保濕面膜基材之潛力。量產規模為稻稈回收 384 公噸，產 60.2 噸水解醣，並且製造 564.5 萬片細菌纖維素膜。

木瓜中類黃酮純化及抗老精華量產開發

【114學年度專題競賽第二名】木瓜副產物中富含多酚與類黃酮，具有顯著的抗氧化特性。隨著永續發展及綠色化學概念的推廣。本研究以臺灣農業廢棄物：木瓜皮與木瓜籽為原料，透過化工單元操作技術，如萃取、吸附、脫附，有效回收木瓜中具抗氧化功能的類黃酮化合物，進行純化與抗老精華的開發。經過多次實驗優化，最終獲得類黃酮提取率提升6.6倍，抗氧化能力相當於維他命C的效果。本研究亦提出未來量產的流程設計（PFD），並進行市場可行性評估，本研究開發的類黃酮抗老精華具備天然、安全與高抗氧化特性。可服務於抗老保養、敏感肌修護、植萃保養、專業美容、醫美術後與原料供應等多元市場，總潛力市場預估佔台灣市場2%。

乙醯胺酚感測器之量產程序開發

【114學年度專題競賽第二名】本專題針對環境中藥物殘留難以即時監測的問題，開發出一款高靈敏度的乙醯胺酚電化學感測器，並規畫年產量30萬台之化工量產程序，以實踐SDG 6淨水衛生與SDG 12責任生產等永續目標。研究確立以碳奈米管（CNT）作為主要修飾材料，經實驗證實其在地下水樣本中的回收率誤差小於5%，具優異的實際檢測能力。在程序開發方面，利用ASPEN模擬包含PFR反應器、分離器及回流系統的完整製程，並精確估算質能平衡與設備參數。經濟效益評估顯示，建廠總投資成本約新台幣2.3億元，在產品單價600元的設定下，年利潤可達1.07億元，投資報酬率（ROROI）為14%，預計於營運第5年轉虧為盈。本專案不僅在技術上突破了傳統檢測法成本高昂的限制，在商業投資上也具備高度可行性與經濟效益。

葡萄酒的量產程序與開發

【114學年度專題競賽第三名】本專題以「葡萄酒的量產程序開發」為研究主題，探討葡萄酒釀造製程之工程化設計與量產可行性。鑑於台灣葡萄酒市場長期依賴進口，本研究以發展本土葡萄酒產業為目標，建立一套符合台灣條件之低成本、大量生產製程，以提升自產自銷與產業競爭力。 研究中實際進行葡萄酒釀造實驗，成功製得酒精濃度約 8% 之成品，並作為製程設計與操作參數估算基礎。工程分析方面，結合化工熱力學、反應工程、流體力學與分離程序等知識，進行質量與能量衡算，並規劃發酵槽及熱交換設備等單元操作，以模擬量產條件下之製程運作。 此外，透過初步製程經濟評估，結果顯示系統約可於 15 年內回收投資成本，具備量產與商業化潛力，期望為台灣本土葡萄酒產業提供實務工程參考。

生物可分解PU材料製品量產程序開發

【114學年度專題競賽第三名】本專題旨在開發一套以寡乳酸二醇（OL-OHs）與 MDI 為原料製備環保型聚氨酯（PU）材料的量產製程。動機源自傳統石化 PU 難以分解、造成長期廢棄物問題，因此本組希望藉由以乳酸系原料為主的生質聚醇，提高材料的生物基含量與後端環境友善性，並結合化工製程設計方法，完成由實驗到工廠流程的整合。 實驗分為兩大步驟，第一步驟以丙交酯與丁二醇為單體，使用辛酸亞錫（Sn(Oct)₂）作為催化劑進行開環聚合反應，成功合成寡乳酸二醇。所得產物經傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）分析，於 1750 cm⁻¹ 及 3530 cm⁻¹處分別觀察到酯基（C=O）與羥基（O–H）特徵吸收峰，證實聚合反應成功。 第二步驟以寡乳酸二醇作為軟段多元醇，搭配 4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）進行聚氨酯（PU）合成反應。反應藉由異氰酸酯（–NCO）與羥基（–OH）縮合生成氨基甲酸酯鍵（–NH–CO–O–），形成 PU 主鏈結構。 FTIR 顯示 MDI 原料於 2250 cm⁻¹ 的異氰酸酯（–N=C=O）吸收峰在產物中完全消失，證明聚氨酯結構生成。 此 PU 材料具多元應用潛力，可應用於：環保鞋材、農業製品與綠色包裝等。由於其軟段來自可再生來源的寡乳酸二醇（OL-OHs），相較於傳統石化基 PU，可降低碳足跡與後端廢棄物處理負擔，提升材料的環境友善。

賽松啤酒的量產程序開發

【114學年度專題競賽第三名】本研究以「賽松啤酒量產製程開發」為核心目標，旨在建立可工廠化運作的小型精釀啤酒量產流程。研究初期先進行實際釀造操作，包括糖化、煮沸、固液分離與發酵等步驟，並透過兩次實驗調整原料配比、溫度與操作時間，建立符合賽松風味的標準化製程參數。原料採用三種麥芽（American Ale、Wheat、Munich）、Saaz 與 EKG 啤酒花及 BE-134 酵母，並依照糖化 67°C、煮沸 120°C 及發酵 7–10 天等條件完成釀造。在 Aspen Plus 模擬中，麥芽進料 337 kg/h、用水量 1425 kg/h 時，可生產約 1385 kg/h 的啤酒。以一天兩批次、三條產線運作計算，日產量約為 8310 公斤。換算成年產量，工廠可生產約 9,065,160 瓶賽松啤酒，足以支撐小型商業化精釀啤酒廠的運作規模。

廢棄果皮製備天然吸附劑的量產程序開發

【114學年度專題競賽佳作】本研究以柑橘類果皮為原料，將果皮改質再利用，不僅可減少廢棄物產生，亦具備環境永續的潛在價值。將果皮透過乾燥、碳化、酸處理、胺基接枝與質子化等步驟進行改質，使其表面具備吸附重金屬離子的官能基，進而製備具吸附能力之重金屬吸附劑。在重金屬廢水處理流程中，首先加入 EDTA 與重金屬離子形成螯合物，再以改質後之果皮進行吸附，以提升整體處理效果。

氫能源的量產程序開發

【114學年度專題競賽佳作】台灣每年畜牧業廢水產生量約達 6,000 萬噸，儘管已有相關法規規範，仍存在惡意排放的情形，導致河川污染、水體惡臭等環境問題持續存在。另一方面，「淨零碳排」已成為全球高度重視的發展目標，各國皆積極尋求可行的替代能源，以降低二氧化碳排放。除去部分技術已趨成熟的再生能源外，氫能仍具備相當大的發展潛力。基於此，本專題旨在以畜牧業廢水為原料，在改善環境污染問題的同時，亦為氫能發展提供新的可能性。 本專題的目標為回收約 2,000 萬噸畜牧業廢水，透過其中尿素的水解反應產生氨氣，再進一步利用氨氣熱裂解製備氫氣，預估最高可產生約 374 噸的氫氣，兼顧環境保護與能源轉型之雙重效益。

啤酒的量產程序開發

【114學年度專題競賽佳作】本專題以「啤酒量產程序開發」為主題，應用化學工程程序設計方法，規劃具實際量產可行性的啤酒製造流程，以提升國產啤酒之市場競爭力與品質穩定性。根據財政部國庫署資料顯示，國產啤酒市佔率逐年下降，因此本研究以開發風味清新、爽口之啤酒為目標，期望吸引年輕族群及新消費者。

氧化銅光催化處理紡織廢水製程

【114學年度專題競賽佳作】水資源與社會發展息息相關，但隨著人口的增長以及科技發展，水資源匱乏的問題日益嚴重，越來越多地區面臨水資源短缺的議題，因此如何有效的利用水資源以及如何將廢水回收再利用，是當前水處理科技的主要研究方向。紡織行業是全球耗水量最大的行業之一，根據統計數據顯示，紡織企業生產1噸紡織原料大約需要300噸水，生產過程產生的廢水成分複雜，含有多種紡織染料、無機鹽、界面活性劑、重金屬、有機物等污染物，對人體健康和水環境造成了極大的危害，也使得廢水處理程序變得困難。 我們以「氧化銅光催化處理紡織廢水」題，發現氧化銅不僅具有良好的被可見光催化的能力，且來源可由電鍍廢液中的金屬離子回收再製，兼具資源再利用與環境永續的雙重價值。

L-fucose 感測器元件量產程序開發

【113學年度專題競賽第一名】研究顯示，左旋岩藻糖(L-fucose)為多項癌症的潛在標記物，其於患者體內之濃度隨著病情嚴重程度而增加。因此，監測其於尿液中濃度助於早期診斷及監控。 本研究開發一種鎳修飾網版印刷電極的左旋岩藻糖電化學感測器，並評估其性能。經優化製程，最低驅動電位為0.5V，20天內穩定性測試之相對標準偏差（RSD）為3.32%，五支獨立電極RSD為3.66%，且不受干擾物（如多巴胺、氯化鈉等）影響，證明其穩定性與再現性佳，表明其於生物檢測具有潛力。 為了建立長期穩定的工廠，年產量為五千萬個元件，定價為3美元/個，預計18個月回本，且第十年淨現值達1.22億。未來有望提高市占率及普及率的同時，實現更多項永續目標。

生質衣康酸之量產於水純化之應用

【113學年度專題競賽第二名】重金屬因其毒性大、不可降解的特性會對人類健康和生態系統造成嚴重威脅。由於吸附法之高效性與可行性，因此是去除重金屬污染的重要手段。此外，傳統水凝膠吸附劑大多以石化原料合成，易造成環境負擔。然而衣康酸 (Itaconic Acid, IA) 是一種生質材料，可製備為水凝膠。綜上所述，本專開發了一種生質衣康酸的量產程序：在IA的製造過程中，使用天然原料 (稻米稻桿)，並以土曲霉 (Aspergillus terreus) 之醱酵法進行量產。接著，再進一步製備了 P(AMPS-co-IA) 共聚高分子水凝膠除了減少石化單體之比例，更應用於重金屬吸附達到水質純化。未來，若能使衣康酸廣泛應用於各種生活和工業用品中，如合成塑膠、黏著劑及其他高分子材料，將達成追求經濟成長的同時兼顧環境永續性，實現更全面的環境效益。