工业氮氧化物

保护环境与气候变迁已经成为越来越受到重视的问题。过去几年，各种的焦点多集中在二氧化碳——其被蒙上“气候杀手”的恶名，还有粉尘/悬浮颗粒。然而，目前全球讨论的焦点已经逐渐转移到氮氧化物上。

氮氧化合物处理

氮氧化物包含一整群由氮与氧构成的化合物。其中主要焦点包括一氧化氮(NO)与二氧化氮 (NO2)，两者被分类为NOx。一氧化氮(NO)是一种具生物活性的无色物质，在人体中有传递生物信息的作用，由于会使血管扩张，因此广泛用于心脏诊疗、心脏手术、以及治疗新生儿的肺循环高血压上。一氧化氮在大气中很容易氧化成为二氧化氮。二氧化氮(NO2)是一种红棕色、高毒性、具刺鼻味的气体，在超过摄氏200度时会分解成一氧化氮与氧。另外，它在接触水气后还会产生酸，进而形成酸雨，而且这两种氮氧化物都是形成夏季雾霾的来源成分。这些物质会损害人类与动物的健康，尤其是二氧化氮会刺激与损害气道与眼睛的黏膜，以及导致肺功能下降。倘若吸入大量这些有毒气体将会导致呼吸困难以及肺水肿。

氮氧化合物的形式

NOx主要是氮透过各种燃烧过程进行氧化所生成，这些生成机制之间具有显著的差别。

热力型氮氧化物(Thermal NOx)是在相对高温(超过摄氏1300度)下经由燃烧空气中的氮与氧所构成。燃料氮氧化物(Fuel NOx)则是燃料在摄氏800度下透过化学结合氮元素生成。这些复杂的化物程序会受到反应条件影响。此外，氮也有可能在火焰前沿的燃料自由基（CHx）的影响下转变成瞬时生成氮氧化物(Prompt NOx)。在正常的燃烧过程中，NOx 有95%的成分为NO，而NO2则主要在大气中与氧气燃烧后形成。在不利的生成条件下则会生成一氧化二氮(N2O)，也就是笑气。笑气在医药领域用主要作为麻醉剂，在食品业则用作为燃气。笑气本身也是一种温室效应气体，其暖化效应比二氧化碳高298倍。

Point-of-use Abgasentsorgungskonzept Tianwei

NOx的生成机制和半导体产业受影响减量与进程之间的关联

环境政策的核心:氮氧化合物

为此，全球许多国家已针对NOx规范严格的限制。许多政府当局努力限制这些空污的排放。燃烧碳油这类石化燃料产生的废气，是大气中氮氧化物的主要来源。交通工具排放这类污染的比重并不高(约占所有排污的40%)。固定污染来源所占比重约30%，主要包括电厂、焚化厂、玻璃与水泥厂、以及炼油厂。生成氮氧化物的过程除了燃烧外，还包括与硝酸的反应，因此，使用化学肥料的农业也逐渐成为排放NOx的其中一种来源(约10%)。

产业界反应

根据美国环保署的报告，整体来看大气中NOx的含量多年来呈逐渐下滑的走势，在德国NOx排放量从1990年的28.92亿吨下降到2016年的12.17亿吨，减少了58%。然而各国当局仍在考虑进一步紧缩上限以减少氮氧化物的排放量。例如欧盟针对氮氧化物排放所颁布的最佳可行技术参考文件(BREF)对采用天然气作为燃料的焚化厂实施了更严格的规范，其要求在2021年将排污降至 30mg/Nm3 以下(每日平均 3% 的O2)。目前的上限(德国联邦排污控制法[BlmSchV]实行细则第13条) 为100 mg/Nm3。业界对此产生激烈的争议并着手进行调适，因为若降低上限，未来不仅会影响发电厂的规划，也会影响诸如半导体产业之高科技行业。毕竟即使所谓”洁净”的产业也会排放氮氧化物。

无尘室产生的氮氧化物

保护环境与健康一向是高科技产业关心的课题。所有企业在面对有必要的情况下都会尽可能持续改进其生产流程。举例而言，在现代废弃物处理技术的支持下，科技业最近已经停止将有害物质排放到大气。戴思DAS Environmental Expert的环境专家正研发各种解决方案来致力降低工厂未来排放气体所含的氮氧化物。一般用作为保护气体的氮氧化物，在正常条件下具有极高的惰性，不过在温度升高时则会形成热力型氮氧化物(thermal NOx)。如图1所示，这方面主要会影响负责处理蚀刻工艺产生的全氟化合物的焚化厂。反应炉中分解全氟化合物所需的高温，会因替代效应促使生成氮氧化物。此外，半导体产业需要用到氮来分离氮化物层，如化学气相沉积工艺中通常会运用一氧化氮来生成氮氧化层。三氟化氮(NF3) 不只用于微电子制造，还会用在薄膜屏幕与薄膜太阳能电池制作工艺中以清洗化学气相沉积的反应室，此外还有生产晶态硅太阳能电池中所用到的阿摩尼亚(NH3)。这些残留的氮化合物若没有进行化学反应，就会借由其他工艺气体的热量进行分解，从而成为排放废气中氮氧化物的来源，而这也构成了燃料氮氧化物(fuel NOx)生成机制的基础。