植物是地球含量最豐富的生質材料，根據Lucintel市場調查報告，植物纖維複合材料的市場規模預計到2021年將達到65億美元，在2016年至2021年之間的複合年均增長率為11.68%。由於人們對再生和環保產品的需求不斷增加，以及各國政府鼓勵生質材料產品保護人類健康和環境，帶動植物加工工業製品同步成長。目前工業應用主要聚焦在汽車、民生製品等。
奈米纖維素實用化產品
1. 奈米纖維素材料
纖維素是植物纖維的主要成分，也是構成植物的主要成分，約占植物的1/3。除了是造紙的原料外，透過化學處理後的改質纖維素亦是重要的工業添加劑。自1990年後，纖維素奈米原纖化(Nanofibrillation)的研究逐漸增加，透過化學或物理處理可以獲得短棒高結晶的奈米晶纖維素(Nanocrystal Cellulose; NCC)或是長纖柔韌的纖維素奈米纖維(Cellulose Nanofiber; CNF)。奈米纖維素(Nano-cellulose)具有輕量、高強度、低熱膨脹等特性，例如密度是鋼鐵的1/5，強度是鋼鐵的5倍以上，熱膨脹係數約為玻璃的1/50，比表面積可達250 m2/g以上，如表一所示。
表一、奈米纖維素與其他材料物性比較
2. 各國推動奈米纖維素現況
早期布局生產奈米纖維素生產與應用的國家，以北歐（芬蘭、瑞典）、北美（美國、加拿大）、日本為主，其相關投入的產/官/學界如表三整理。各國發展奈米纖維素的著重項目亦有不同，歐美國家重視奈米纖維素放大量產的設備建構，而日本則由政府主導串聯原料及應用產業，推廣產品出海口帶動奈米纖維素的用量。
(4) 包裝材料
芬蘭VTT Technical Research Centre開發100%生物基紙質站立袋（圖四），其將纖維素解纖成奈米纖維素，成膜或塗佈後形成緻密堆疊結構，用在紙基材表面可顯現出良好的阻隔性質以阻隔如氧、油脂、礦物油等。站立袋估計在2015~2020年期間年成長率為6.5%，目前以石油基塑膠包材膜為主，生物基材質具有環境友善的優點，目前此技術已進入試量產階段。
從植物來的工業製品
橡膠樹產地多地處熱帶，近年來常有颱風、豪雨等天然災害而影響產能，導致輪胎原料暴漲。為了降低氣候變異造成現有天然橡膠產區的產量負擔，全球輪胎大廠皆致力於新品種天然橡膠的開發，從掌握上游關鍵原料來落實發展永續經營，並可進一步站穩或進攻輪胎霸主地位。
2. 德國馬牌利用蒲公英根部提取的天然橡膠製造輪胎
汽車輪胎中約有10~30%的成分為天然橡膠，卡車輪胎的天然橡膠比例要高於乘用車輪胎。使用天然橡膠能保證輪胎在低溫環境下的韌性及防止產生細微裂痕。已有研究發現蒲公英根部會產出一種乳狀液體，其中富含的橡膠粒子可以用來製造輪胎，可望取代橡膠樹中提煉的天然橡膠。由於橡膠樹種植後7年才能開始採集膠液，而蒲公英只需一年並且種植範圍要比橡膠樹廣泛（圖六）。德國馬牌（Continental AG）自2014年夏季就開始了對蒲公英橡膠輪胎的研究，並在德國和瑞典的試驗場進行輪胎測試，其生產的輪胎胎面全部由俄羅斯蒲公英所提煉出的天然橡膠聚合物所製成（圖七）。
6. 低碳足跡的農業廢棄物升級再造食品包裝材
今年五月在德國舉辦國際生物材料大會(10th the International Conference on Bio-based Materials)獲得大會創新獎的BIO-LUTIONS纖維是目前最熱門的農業廢棄物升級再造產品(Up-recycling)，它是德國BIO-LUTIONS公司透過創新的機械加工製程直接將農業廢棄物轉換為高性能生態可持續包裝和一次性餐具等產品，如圖十一所示。此創新的製程技術可直接瓦解…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十、(a)印尼藝術家利用咖啡與咖啡渣在枯葉上作畫；(b)英國品牌以咖啡紗再製而成的傢俱
作者：廖聖茹、連泓原 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」367期，更多資料請見下方附檔。