【科學講堂】費托合成具彈性 可製多種燃料
城市的發展經常需要依賴燃料作為能量來源，而液態燃料因攜帶方便，向來是較受歡迎的選項。正因如此，人類持續致力於改善液體燃料的製造方法。本期專欄將聚焦於費托合成（Fischer–Tropsch process）此一工業化學程序，並探討其如何有助於社會的永續發展。
二十世紀初期，人類積極開發適合的工業程序，將較簡單的化學物質轉化為更具商業價值的產品。例如，哈伯—博施法（Haber—Bosch process）能將氮氣與氫氣合成用途廣泛的氨，並於1913年正式投入工業生產。
「費托合成」以化學家費歇爾和托羅普施命名，屬於同類型的化學過程：合成氣為一氧化碳與氫氣混合而成的氣體燃料，而費托合成可在接近常壓及較低溫度下，將合（成氣轉化為較複雜的碳氫化合物，例如液體燃料與固體潤滑劑（如圖）。
壓力溫度影響產物
費托合成具有相當高的操作彈性。例如，以鎳作為催化劑時，產物傾向以甲烷為主；若改用鈷或鐵，則能有效生成較長鏈的碳氫化合物。
此外，合成氣組成、反應壓力與溫度等條件亦能加以調整，使費托合成具備多種變化。
第二次世界大戰期間，費托合成被廣泛採用；戰後因原油來源趨於穩定，其熱度才逐漸下降。然而在過去百年間，費托合成持續獲得優化。例如，過往主要處理由煤炭製成的合成氣，近三四十年則逐漸轉向以天然氣為原料。
此外，催化劑的設計亦有所提升，現今會添加助劑以進一步增進效能，並針對催化劑顆粒大小進行調控。研究人員發現釕是更具活性的催化劑，但因成本高昂，商業上較少採用。
費托合成的操作條件也有所改良。早期的費托合成多在攝氏二百五十度以上、常壓附近進行；時至今日，為精確產製不同目標產物，已發展出兩種操作模式：低溫費托合成於攝氏一百八十至二百六十度進行，主要生產長鏈碳氫化合物；高溫費托合成則在攝氏二百九十至三百六十度下運作，用於生成較短鏈的碳氫化合物。
目前，費托合成仍是研究熱點，重點在於將其應用於多種原料，例如由都市固體廢棄物或二氧化碳所製成的合成氣，如此可有助於降低整體碳排放。亦有許多研究探討如何改良費托合成，運用更小的反應器來生產更多種類的碳氫化合物。
費托合成與許多工業程序一樣，是多年來眾多研究者持續努力的成果。隨着社會對環境議題日益重視，近年來我們也期望能進一步改善這些製程，使其更符合綠色永續的目標。
●杜子航 教育工作者 早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
