本研究計畫的主要目標為開發貯能型水再生系統，建立以低耗能電容去離子(Capacitive deionization, CDI)技術為基礎之智慧新節能型水再生處理模組，以電荷分離原理進行水再生的脫鹽處理，同時開發CDI裝置之電能回收技術，將貯存於CDI裝置之電能回收再使用，並進行水處理衍生能源之能資源整合，最後以生命週期評估與經濟效益計算以分析智慧新節能型水再生處理模組之環境友善性，並進行實施成效建議。本研究計畫為兩年期研究計畫，本年度為第一年研究計畫，其主軸為「建立智慧新節能型水再生處理模組」，工作內容包括研發高效能CDI裝置，並建立CDI裝置的商業化放大係數。同時，開發CDI裝置的智慧控制與電能回收技術，搭配水處理衍生能源技術(微生物燃料電池)之開發，評估合適的電能回收系統，最後完成智慧新節能型水再生處理模組之生命週期評估與經濟效益分析。
本計畫發展以低耗能電容去離子(Capacitive deionization, CDI)技術為基礎之智慧新節能型水再生處理模組，完成CDI模組之電極對數及操作流量的商業放大化試驗，證實將CDI模組中的電極對數進行串聯放大，可有效增加吸附鹽量與脫鹽效率，而流量則可隨者電極的串接對數增加而增加，進而提升單位時間內之處理水量，提高模組處理效能。本研究團隊所研發使用之CDI模組具有高脫鹽效率(>80%)、高充電效率(60%-80%)、以及低能源消耗(<0.5 kWh/m3)等優點，目前已建置產水量為2.4 LPH (liter per hour)以上之CDI模組操作條件。此外，本計畫完成國產之多孔性碳質材料評析，以國產優質多孔性活性碳取代國外商用碳材進行碳電極之製作，成功串聯上游之本土材料廠商供應鏈，減少電容去離子技術之關鍵材料對國外廠商的依賴度，有效提升我國發展電容去離子技術之自主性。同時，完成商業化電容去離子模組系統的開發工作，以導電度變化、操作時間為關鍵參數，自動操控CDI模組系統進行智慧充放電，達到方便操作、節省電能、節省人力成本之成效。再者，本計畫驗證了以微生物燃料電池產電驅動CDI裝置進行脫鹽之可行性，並成功開發出CDI模組的電能回收系統，將儲存於CDI模組中45%的能源進行能源回收再使用，預期可進一步降低CDI模組的產水能耗，使得 CDI模組能以更少的能源進行水再生處理作業。本計畫亦進行水廠貯能電池與電能系統之建置評估，完成再生電池電氣與化學參數估測策略發展。最後，由生命週期評估可知CDI模組之環境衝擊低，能源衝擊在各類別中僅0.01–7.3%；於材料衝擊部分，於放大化過程中藉由將材料外殼由鋁板更換為塑膠，可進一步降低94%之衝擊。而由碳足跡評估中可知能源之碳足跡為0.57 KgCO2e，經模組放大化後也因產水能耗降低久，能源碳足跡可進一步降至0.15 KgCO2e。另於經濟效益之分析結果指出，CDI模組可藉由產水效率之提升，進一步提升其經濟效益。綜合上述成果，本計畫將繼續以模廠試驗規模、實場應用為目標放大CDI技術並評估合適之電能回收系統，進一步開發貯能型水再生系統進行能資源整合，建構一個以低耗能、綠色分離技術為主軸之智慧新節能型水再生處理模組系統，有效提高再生水的水質，以促進國內低耗能水再生利用技術之發展，從而確保我國水資源與能源之永續經營與利用。