林展逸、張志成、鍾博文／中央研究院化學研究所
為達成二氧化碳淨零排放之願景，全球石化產業面臨尋求可替代性原物料與永續製程的挑戰，而從廢棄生物質衍生的生質化學品產業隸屬再生資源，如可漸進式導入石化產業鏈，提供產品多元選擇，則應可減緩消耗石化原料及實踐循環經濟宗旨。本文回顧國內外案例，闡述現今呋喃相關生質化學品開發之現況，並展望生物質應用於呋喃相關生質化學品之發展趨勢。
【內文精選】
前 言
近年來，由於石化原料的大量使用與溫室氣體的過量排放，造成全球氣候逐年暖化與極端現象頻繁發生，對人類社會與現代文明的衝擊，已經讓世界各國警覺到，必須要有更明確的決策與方向來緩解這大自然的反撲。因此，近年來世界各國除簽署《巴黎協議》，以共同遏阻全球暖化趨勢，並在聯合國於2015年提出永續發展目標擘劃2030年的碳排放量須比2010年下降約45%，且地球升溫控制1.5˚C內，倡議2050年達到二氧化碳淨排放歸零。自此之後開啟全球關注節能減碳的議題，且各大經濟體也因應國情不同而提出相對倡議要完成的里程碑。
生質化學品發展之回顧
生質能多採燃燒方式轉能，主因是生質能被認為相對於燃燒煤炭所產出二氧化碳較低，但PFPI則主張生質能轉換能源效率不及煤炭。再者，生質燃料因囿於成本、來源、法規等阻礙仍待克服。但若能導入生質精煉(Biorefinery)的概念，利用生物質為替代性原物料來源，開發逐漸替代石化製程的反應路徑，以達到二氧化碳淨排放歸零的目標，除製造生質燃料外應屬較好的途徑。
表一、石化與生物質燃料比較
表二、歐盟評估2025年的生物質產量及2017年歐盟生產生物質產品所需的原料總用量
回顧自2017年歐盟製備生物質產品所需總原料用量，發現生產生質化學品的原料以糖類為大宗，推測是因糖類可衍生多樣化學品反應途徑的緣故(如圖一)。在此有幾個業界的例子，如帝斯曼(DSM)發展最成熟的生物質工程塑料名為EcoPaXX®，源於短C4和長C10搭配組合，使該塑料具備高強度、低濕性、無鹵耐燃等特性，可應用於車用結構部件、消費性電子及閥件；又如BioBTX公司建置中試工廠(Pilot Plant)用ICCP技術將生物質以兩階段製備苯、甲苯、二甲苯。
生質化學品發展之展望
在開發低排碳的生質化學品上著重於節能減碳和循環再生，透過科學研究改良現有日常生活必需品的製程原料，評估產品由原料取得、製造運輸、銷售使用及廢棄處置等過程所產生的二氧化碳，係當今建立產品環境足跡管理機制的方法，製程是否具「碳中和」將是製備生質化學品的關注焦點。在《垃圾與它們的產地》一書指出家戶丟棄的固體廢棄物中以包裝及容器為大宗，因此若在包裝及容器的製程中以生物質為原料，不但可製成生物可分解產品，亦可減輕依賴石化製程，以降低二氧化碳排放所造成的環境衝擊。在實現循環經濟及減碳的目標中，平台化學品(Platform Chemicals)已廣泛地供應於生產生質化學品，其中以被指定為「10大+4」生質化學品的羥甲基糠醛(HMF)備受矚目，其可衍生產品及應用產業如圖二。本篇展望聚焦在HMF的可發展研究上。HMF衍生單體的應用中，可取代…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》414期，更多資料請見下方附檔。