全球水資源供需失衡的危機日益嚴重，伴隨著人口成長、新興國家經濟成長、氣候變遷、地下水過度超抽及水污染等因素，預計到2030年，全球水需求將增加50%，但有三分之一的人口面臨缺水壓力（約有40%的用水供需缺口），而且有將近80%的廢/污水未經處理直接排放。
臺灣又因其獨特的地理環境和氣候條件，如地形急陡、河川短、水庫淤積嚴重等，加上氣候變遷所帶來的旱澇交替，使得水資源管理變得極為複雜，國內產業正面臨著嚴峻的挑戰與風險。
臺灣缺限水危機，亟需導入水資源管理策略
臺灣長期以來面臨降雨量分布不均的問題，導致水資源供應不穩定。除了傳統的河川、水庫、地下水等水源外，政府相關部門正積極推動再生水及海水淡化等水資源開發手段，以穩定水資源供應，加強供水韌性，分散水源供應風險。這些措施不僅有助於應對當前的水資源挑戰，還為未來可能面臨的極端氣候做好準備。不論是再生水回收或是海水淡化，都需整合多個水處理技術相互搭配才能達成，在低成本及高效益的考量下，目前的再生水回收與海水淡化程序仍存在許多技術缺口。
為應對這一危機，近年來，政府相關部門已施行相關政策與法規，如再生水資源發展條例、自來水法、水利法等。這些政策和法規針對放流水回收、廢水低排放量、以及產業配水/節水，皆設立明確的目標與規劃，為水資源永續發展奠定堅實基礎。國內再生水利用目標預計於2031年達到132萬噸/天，其中工業用水佔50萬噸/天，工業用水回收率目標更提升至80%。具體績效的設定，不僅體現臺灣對水資源管理的重視，也為面臨缺限水危機的產業指引發展方向。
面對水資源缺口的解決方案當中，關鍵策略是導入水資源管理與產業節水，可降低對水資源的需求，減少珍貴水資源的浪費。同時積極開發多元化水源，包括工業放流水/生活污水回收、冷卻水回收、海水/半鹹水淡化、農
圖5.生物網膜(BioNET)處理技術實廠系統圖(圖片來源：工研院材化所)
業餘水/養殖廢水回收等，再搭配水質淨化技術，擴大水資源穩定的供應。近年臺灣已導入智慧化技術，改善傳統水處理與管理系統，藉由多管齊下的方法，不僅增加水的供應，還能提高水資源利用效率，未來朝向能源化與資源化的全循環目標前進。
工研院放眼2035擘劃短、中、長期水資源韌性工程
工研院規劃具前瞻性的「2035技術策略與藍圖」，旨在全面提升水資源供應的穩定性和韌性。該藍圖分為短、中、長期三個階段，涵蓋提升多元化水源淨化技術、開發高效海水淡化技術，以及發展能源和資源整合技術。
短期目標將提升多元化水源與產業次級用水的淨化技術，並開發關鍵自主的高疏水性微孔材料。透過冷卻水塔旁流脫鹽處理系統，可減少補水量和排水量，同時產製高品質可再利用的水資源。另外，研發高效水霧捕捉技術、水中低濃度微量物質回收技術，同時開發高疏水性微孔材料，以提高產業再生水供給率並降低水回收成本。
中期計畫聚焦於開發多段式海水淡化系統，包括高離子通透膜材和低碳高通量脫鹽模組，以降低產水的碳排及能耗。發展高變異性水源處理技術和智慧化模組，穩定產製符合產業用水標準水質，並建置低成本的供水示範場域。
長期的藍圖則放眼整合能/資源整合技術，開發低能耗海水淡化系統，鹵水用於有價離子提取及鹽差發電。透過鹵水再資源化技術，將離子轉化為可再利用的酸/鹼，或利用鹽度差驅使轉換成電能，藉此提高產水率及有價物質純度，將能/資源充分整合。開發智慧化供水系統管理與處理技術，可因應系統受天然或人為災害受損時，於無人操作下仍維持水質安全穩定，實現無人化供水系統。
工研院的技術藍圖，旨在建立一個更加穩定、高效、環保的水資源供應體系。這一系列技術創新，除了可提高水資源利用效率，並且著眼於降低能耗和實現智慧化營運，體現永續發展的深度考量。透過建置智慧化線上水質感測技術、水中有價物質資源化技術的水務平臺，有助於因應臺灣多變的水資源特性。
工研院投入水處理創新技術，提升整體水資源穩定性
工研院所開發的水處理技術，已應用於國內外的實際場域之中，且展現顯著的成效。以國內半導體業再生水廠為例，採用生物網膜（BioNET）處理技術和流體化床結晶（Fluidized Bed Crystallization, FBC）處理技術，可有效提高再生水的處理效率和水質穩定性。
這兩項技術作為逆滲透（Reverse Osmosis, RO）程序的前處理，不僅可延長RO膜的使用壽命，還保證再生水可符合製程用原水的高品質要求。具體而言，BioNET技術用於去除氨氮及小分子有機物，而FBC技
圖6.液體化床結晶(FCB)處理技術實廠圖(圖片來源：工研院材化所)
術則用於去除硬度及造成結垢的離子。藉由此程序組合，有效降低小分子有機物及造成結垢物質的濃度，提高再生水處理效率並維持水質穩定。藉由回收放流水，可減少廢水排放，又能產製再生水回用到製程用原水，提升水資源供應韌性。
目前海水淡化系統是以逆滲透技術作為脫鹽/產水的主要工法，國際海淡協會預測未來十年內，每年產水規模將成長5~7%，2030年全球海淡廠發包規模將達每日2億噸。因應用水需求，水利署規劃至2025年全臺海淡產水量達每日45.5萬噸，2030年每日達70萬噸。至2025年，臺灣海水淡化廠預計用電需求達每年5.8億度電，海淡逆滲透（Seawater Reverse Osmosis, SWRO）系統的產水能耗約3.5kWh/m3，需要有更節能、低碳排且低成本的海淡技術。
工研院開發的多段式海水淡化系統，採倒極式電透析（Electrodialysis Reversal, EDR）脫鹽模組，同時搭配低碳排分散式設計，不僅降低海水淡化系統的操作壓力，還有效減少產水過程的碳排放和能耗。未來臺灣在面對極端氣候事件時，本技術提供額外的水源保障，可靈活應用於抗旱調度需求，顯著提高離島及本島在抗旱時期的民生和工業用水韌性，同時促進國內產業自主化，開發低碳海水淡化技術。
海水淡化系統運作中，每10萬噸的產水規模，將會產生約15萬噸的鹵水，若未經過妥善處理就排放至海洋，將會造成生態的危害，藉由鹵水再資源化回用，可提升海淡的整體效益。針對海水淡化產出的鹵水，工研院規劃運用離子轉化酸/鹼技術（Recovery to Acid and Alkaline, R2A），利用電化學分鹽轉化機制，透過選擇性離子交換膜分離陰/陽離子，再利用水裂解雙極性膜與離子篩分膜，經由電場智控轉換，使廢水中的離子轉化為可再利用的酸/鹼。等於把傳統逆滲透法或熱蒸發法所產生的混鹽廢棄物，轉化為可再利用的化學品，預期可產製純度>90%、濃度>5wt%的HCl、H2SO4及NaOH，實現廢液資源化目標並降低碳排放量。
另外，工研院也發展將海淡鹵水進行產電的藍電能源技術，利用鹽度差驅使離子或水分子移動（如反向電透析法RED、電容反向電透析CRED、壓力遲滯滲透膜法PRO），藉由熱力學變化或位能轉換成電能。這項應用將不受氣候影響，未來可持續提高產水率及有價物質純度，於能/資源充分整合下將鹵水再資源化。冷卻水塔用水處理方面，工研院開發的冷卻水旁流處理系統，可減少補水量和排水量，並節省冰水主機的耗電量。本技術已在工研院院內冷卻水塔完成場域驗證，未來將導入有高度需求的石化、鋼鐵產業，預期可為高耗水產業帶來節水量>15%、節電量>5%等效益。針對冷卻水塔排氣收集部分，工研院持續開發高效水霧捕捉材料，將其導入冷卻水塔排氣收集系統，水霧再經處理後可回收水，除了提高冷卻水塔的整體水資源運用率外，同時產製高品質回收水。
農業餘水循環回用，也是多元化水源的選擇之一。臺灣農業用水灌溉後直接排放之農業餘水約每年15億噸，若要將其回收使用，需處理濁度、氮、磷與農藥等。工研院目前已掌握成熟技術，未來可規劃作為多元化水源之一的方案，提升整體水資源穩定供應韌性。
結語
展望未來，臺灣持續積極應對水資源挑戰，工研院也會繼續努力不懈，引領臺灣產業從傳統的廢水處理，轉向資源循環再生的新模式。這樣的轉變，不僅能提高產業的廠內再生水供給率，還能實現水資源的高效利用和循環再生，同時整合能/資源技術將鹵水資源化，補足技術缺口，利用技術創新為驅動的方法，結合政策支持和產業合作。
工研院致力為臺灣建立一個更加穩定、高效、環保的水資源供應體系，提供強有力的技術方案，支撐臺灣的經濟邁向永續發展、落實水資源安全，並輸出經驗給全球其他地區參考，樹立標竿典範。
圖7.生物網膜(BioNET)處理技術原理示意圖(圖片來源：工研院材化所)
