村田制作所的环境解决方案
分散式废气循环one-by-one VOC清除系统所展示的下一代产品制造形态―同时实现环境负荷降低与成本削减
每台干燥设备预计每年可节约2000万日元能耗成本——。村田制作所（以下简称“村田”）研发的小型VOC清除系统，是兼顾降低环境负荷与增进工厂效率的创新技术成果。通过采用可分散配置于每台生产设备的“one-by-one”方式，能够大幅节约洁净室调温调湿所需的能耗。此外，在更换现有大型VOC清除系统或新建工厂时，布局的灵活度也会得到增进。另一方面，要实现one-by-one方式，需要实现VOC清除系统核心元件“转子”的小型化与优效化。这里体现出了村田通过积累的技术，不断克服难题的努力。
考虑将生产设备与废气处理设施组合，降低环境负荷
村田正在推进一项新技术的开发，旨在提高各地生产基地使用的干燥设备（干燥炉）的废气处理效率。技术与事业开发本部的粟谷解释道，这是在实现我们制造业活动对环境负荷的降低之后，旨在通过对外销售实现社会贡献的举措。
“干燥设备被普遍应用于许多制造业领域。干燥设备是通过加热来清除附着在多种元件和部件上的涂液以及薄膜、金属箔等材料中的溶剂和水分等的设备。在清除过程中需要热量，因此会消耗能源。此外，若被清除的物质含有挥发性有机化合物（以下简称VOC），则回收VOC并使其无害的设备在运行时需要消耗能源。村田开发的这项技术，通过在浓缩并清除VOC的工艺中应用了与传统不同的构思，实现了能源节省效果”（粟谷）
村田长期致力于降低产品制造过程中的环境负荷。技术与事业开发本部志柿表示：“为实现脱碳社会，我们设定了目标：到2040年实现公司自身温室气体（以下简称GHG）排放量实质归零，到2050年实现包括供应链在内的GHG排放量实质归零。在此过程中，我们每年规划并实施约500项能源节省措施。此外，在国际环保倡议方面，我们也在积极推进相关举措，例如将事业活动用电全盘转为可再生能源的‘RE100’计划，已决定将原定2050年的目标提前至2035年实现”。
这些举措在全公司范围内得以推进，但在生产现场的能源节省方面仍有改进空间。陶瓷电容器事业本部的真田表示：“在生产设备、生产线及工艺方面，我们持续推进了成本削减与合理化改进。另一方面，我深感在设备运转所需的能源以及设施、基础设施的能源节省方面，仍有许多可改进之处。例如，当我们将以往分别考虑的生产流程与废气处理设施视为整体时，便意识到其中蕴藏着进一步实现能源节省的潜力”。
我们着眼的是干燥设备的废气处理流程。“工厂内部原本就设有干燥设备等排放废气的处理设备，早已有人指出需要节省能源。以往是将工厂整体的废气集中到一处，通过集中式无害化设备进行处理。处理设备庞大到堪称建筑物，消耗着大量的能源”（真田）。通常认为，采用集中式设备集中处理，其能源和处理效率更高。然而，通过采用与集中式相反的小型分散设置式（one-by-one）理念，我们获得了未曾有过的效果。集中式处理系统整合了多台生产设备的VOC处理功能，无论各生产设备本身的运行状况如何，都要求该系统保持满负荷运转。因此容易出现性能过剩的情况，导致消耗了超出所需的能源。例如，当存在多个温度、湿度或浓度值时，传统集中式系统需要在最大温度、最大湿度和最大浓度对应的条件下运行。另一方面，若能设置one-by-one，即可根据各生产设备的运行状况，对VOC清除系统进行恰当控制。
从多种方法中均能预见效益的小型VOC清除系统
在此，我们先简要了解一下VOC清除系统的工作原理。装置的核心是一个用于吸附和脱附VOC的转子，它在装置内部缓慢旋转。转子内部涂覆有多孔材料的VOC吸附剂，在干燥设备中产生的含有VOC的废气通过转子时，废气中的VOC会被转子吸附。
随后，转子通过旋转被加热至高温，使VOC脱离并实现浓缩与排气。清除VOC后的转子经冷却，再次回到干燥设备内的温度，重新开始吸附工序。该原理同样适用于集中式装置，其内部大型转子不断旋转，重复进行吸附、加热脱附及冷却的工序。为以one-by-one方式安装VOC清除系统，该转子的小型化是不可或缺的。
粟谷解释称，采用小型化的VOC清除系统具有多方面的优势。“集中式VOC清除系统因耗电量非常大，若能实现设备小型化，便可有效降低耗电量。今后若需更新设备，为每套生产设备单独配置小型VOC清除系统，则现有工序布局也能调整至非常小。在建设新工厂时，由于可简化至集中式VOC清除系统的导管，布局的灵活度也将得到增进”（栗谷）
通过将VOC清除系统小型化并安装在设备附近，还能获得集中式系统所不具备的优势。在集中式系统中，将VOC浓缩并使其无害后排放到大气中。另一方面，小型化VOC清除系统可布置于生产设备附近，从而能将废气回输至洁净室内。通过再利用加热后的废气，可大幅减少生产设备内通过加热进行温度调节及空气湿度调节所需的能耗，进一步加速能源节省进程。
此外，采用one-by-one安装的方式还具有不需要实现完全VOC清除的优势。“含有VOC的废气最终需采用集中处理方式，使其确实无害后排放至大气。为此也需要消耗大量能源。然而，若能以one-by-one方式将废气直接回收到生产设备的干燥系统中，便不需要根本性实现无害化处理，只要将VOC清除至适合干燥的浓度即可。这不仅能实现设备的能源节省，还能推动小型化”（真田）
通过应用公司积累的技术，成功实现了转子的小型化
村田开发的小型VOC清除系统，需要1m以内的小型转子。并非只是实现小型化即可，需要开发出即便体积小巧也能有效吸附和脱附VOC的转子。
“转子采用蜂巢状微孔结构（蜂窝结构），孔内形成吸附剂的薄膜，用于吸附VOC。为了使废气通过转子孔时能有效吸附VOC，特别改进了膜的结构设计。这是应用了村田的核心产品——叠层电容器中采用的薄膜技术”（真田）。为实现小型化，充分运用了村田积累的技术。
粟谷进一步说明：“如果涂膜的厚度及内部粒子分散性存在不均，会导致蜂窝结构中的空气无法有效流动，从而降低气体的吸附效率。我们开发了浆料的微细化与分散化技术，并通过控制使其能够均匀涂布”。要具体实现小型VOC清除系统，曾有过多个技术突破。
小型VOC清除系统的开发，已在电容器事业部内启动。据悉，向事业部设备开发负责人汇报了小型VOC清除系统的开发计划后，获得了“技术方向正确”的高度评价，并得到了开发支持。“当时所说的‘方向正确’，是指‘能够符合原理原则进行说明’的意思。在此基础上，由于我们能够展示出经济及业务层面的优势，开发工作得以顺利推进”（真田）。实际上，村田已开发出采用约1m转子的超小型VOC清除系统。根据废气中所含的VOC浓度，通过VOC处理可实现90％以上的清除率。通过采用能够应对多种VOC的吸附材料转子，不仅拓宽了适用范围，还实现了不需要定制即可适配众多工业领域的方案。
实现无需热源即可能源节省，以及每年2000万日元规模的成本削减
通过将开发的小型VOC清除系统引入制造流程，有望取得显著成效。真田解释道：“根据公司内部验证，通过将废气处理设施与生产设备联动，预计每个干燥设备每年可实现高至2000万日元的显著能源节省效果”。干燥设备的温度需要从室温加热至约100°C，以往通常使用外部热源。通过回收在小型VOC清除系统中加热的废气再利用，可显著降低热源的能耗。此外，与大型集中式设备相比，可降低所需安装设备的费用。“通常，环保设备的初期投资需要8～10年才能收回成本，但此次开发的小型VOC清除系统预计可在3～7年内实现成本回收。我们通过回收空气和热量，创造出了具有高经济价值的商品”（志柿）
在环境方面，也可望实现多重效益。根据温室气体核算体系，GHG排放量的计算分为三个范畴：企业直接排放的“范围1”、供应链中其他企业间接排放的“范围2”，以及除此之外的“范围3”。村田开发的小型VOC清除系统，预计对范围1和范围2均能产生效果。“在采用高燃烧效率的小型VOC清除系统时，通过减少燃烧过程中产生的CO2，有助于降低范围1排放。若能削减用于加热和调湿等方面的电力消耗，也将有助于降低电力相关的范围2排放。这是一个可以同时兼顾两方面的稀有设备”（栗谷）
由此开发的小型VOC清除系统，计划于2025年之后在自有生产基地的多个工序中引入数百台以上。由于可望实现能源节省效果、减少GHG排放，同时还能降低成本，因此正顺利推进引进。我们将推进在公司内部的应用，基于实际运营中积累的经验、质量控制以及生产应对能力等，计划于2026年开展面向公司外部的PoC（概念实证）。之后，我们计划在2027年正式开展产品的对外销售。
此次采访的成员一致强调：“这是一款能够普遍应用于利用干燥设备的众多行业的产品”。例如，预计在电池、电子元件、汽车、半导体等成长型产业中也将有所拓展。“作为兼具能源节省与环保功能的设备，我们不仅要在日本国内推广，更要积极拓展海外市场。”众人异口同声地表达了对海外销售的坚定决心。
为解决企业自身课题，通过多年积累的技术而诞生的新型VOC清除系统。作为村田实现能源节省与环保兼顾的新型产品制造模式的具体范例，我们将以此推动整个产业界的变革。
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