可持續材料技術與應用產品之國際發展趨勢

 

刊登日期:2017/3/27
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廖聖茹/工研院材化所

在全球環境保護議題當紅,CO2 減量以及循環經濟的驅動下,國際上游原料大廠以及下游品牌廠,持續投注大量資金在環境永續材料的開發,帶動生質材料的產能與產品呈現高度成長。透過歐、美等先進國家之研究單位以及國際生質材料大廠在生質材料技術的發展策略與趨勢,可作為國內相關研究單位以及生質產業業者在規劃可持續生物經濟市場技術與產品之發展依據。
 
生質材料的市場分析
在全球有限資源的共識下,從過去線性的經濟(Linear Economy)形態正逐漸朝循環經濟(Circular Economy)形態發展。循環經濟包括工業循環和生物循環[1],如圖一所示。循環經濟是一個可恢復、可再生的產業體系,其中工業循環強調再循環、再製造以及再利用等議題,此概念環保署在傳統石化塑膠已推行多年,國內技術相當成熟且產業鏈完整。相對地,生物循環則強調取之自然、回歸自然,呈現的是一個封閉循環,此領域是有待開發且持續成長的新領域。

根據麥肯錫顧問公司、世界經濟論壇與艾倫‧麥克阿瑟基金會(Ellen MacArthur Foundation)合力分析產出的報告指出,循環經濟在五年內將創造 5億美金的淨收益、10萬個新工作,並避免 1億噸的材料浪費。此外,還具有可讓全球每年省下 1兆美元材料成本的潛力,並在全球的重新製造業、歐洲的回收產業創造超過 100萬個潛在就業機會。
 
根據歐盟對生物塑膠(Bioplastics)的定義,具生物質(Biomass)含量或可生物分解特性者皆可稱為生物塑膠。前者強調可再生资源 (Renewable Resources),具有減少碳排放的功效;後者則是強調分解特性,取之自然、回歸自然。IfBB是德國在2011年成立的生物塑膠與生物複合材料研究機構,其中建立生物塑膠產業的Data Bank為其最重要的宗旨,所建立的Data Bank包括生物材料種類、材料基本性能、商品名以及應用產品特性[2]

根據IfBB的統計,全球生物塑膠的產能將由2014年的170萬噸成長至2019年的780萬噸(圖二)[3]。主要的應用領域包括包裝材料、織物、汽車、生活消費品、農用資材、醫藥…等(圖三)。依材料種類分類有PLA、PHA、Biodegradable Polyester、Biodegradable Starch Blends、Regenerated Cellulose、Bio PUR、Bio-TPE、Bio-PC和Bio-PET…等(圖四) 。由於可口可樂(Coca-Cola)公司立下「Version 2020」目標[4],預計2020年後所有瓶裝容器都包含生物來源且可回收(圖五),使得2019年Bio-PET產能高達76.5%,躍升為第一位。

 圖二、全球生物塑膠產能分析
圖二、全球生物塑膠產能分析

百分之百的生質塑膠瓶
可口可樂公司在可持續包裝材料的發展策略,不僅是發展 30% 生質含量的植物瓶,生產百分之百的生質塑膠瓶是其設定的長期發展目標(圖六)。因此,可口可樂與 Gevo、Virent 和 Avantium 等公司共同合作來實現 100%生質植物瓶的商業化生產。PEF(Polyethylene Furanoate)是可口可樂公司發展 100%生質植物瓶的目標材料,圖七為其化學結構,它是由生物質來源的EG(Ethylene Glycol)和 FDCA(2,5-Furandicarboxylic Acid, 2,5-呋喃二甲酸)兩個單體聚合而成。相對於六環結構PET (Polyethylene Terephthalate)塑膠,五環結構的PEF其特色為具有更高的氣體阻隔性、耐熱性與機械性能(表一)[5],並可降低 50~70%的碳排放量。圖八說明 100%生質來源的 PEF 在全球重要的研發歷程,2016年3月荷蘭 Avantium 宣布與德國 BASF 合資,將建立每年產能 50,000 tons的 FDCA 和 PEF 生產工廠[6],強化其在全球市場的領導地位---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

圖六、可口可樂公司在可持續包裝發展的中長期策略
圖六、可口可樂公司在可持續包裝發展的中長期策略

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