重新設計創造循環之路
氣候變遷所造成的衝擊越來越明顯，減排淨零已成全球共識，也慢慢成為經濟發展的必要條件，永續發展是未來產業成長的基本動力。綜觀全球各國提出的減碳永續策略，節能、電氣化、綠電、循環經濟為共同的基本要素；其中循環經濟的有效推展更是歐盟認為最重要的方法。透過減少對地球的
物質開採，有效提升物質循環，師法自然讓物質生生不息，改變過去線性消費路徑，將是未來產業永續生存的必要條件。循環經濟的推動絕不僅是將廢棄物回收、降階再利用，更應思考如何重新設計產品，使其壽命終了時可以容易將產品拆解，讓物料得以純淨回收再利用；重新設計材料，使其在使用後可以再生，或是在自然界中以生物循環的手段再生，以及透過生物質資源的利用，取代石化料源，進而降低生產過程的能源消耗。
「生物合成化學品新未來」一文指出，國際趨勢走向淨零碳排、無毒與綠色生產，企業自我要求及各個國家與區域經濟體約束建立法規，皆是為了減少對原油的依賴以及增加環境友善產品生產，落實綠色製造。生物合成化學品技術是利用微生物透過修飾或改質基因，醱酵生產化學品，為無毒、減碳的綠色科技。生物合成亦符合循環經濟之概念，並且正進入快速發展階段，生物合成化學品符合永續循環，已在民生化工、紡織、農業、環境與醫藥等各項領域具應用前景，並逐步擴大影響範疇。
在全球塑膠產品造成環境及生物危害的議題持續發酵下，生物可分解材料被期望應用於不易回收之一次性產品或包裝上，在使用後能藉由微生物的分解而回到大自然。但是為了在材料性能與分解性上取得平衡，目前商業化的生物可分解材料如PLA/PBS/PBAT皆需以工業堆肥方式處理而受到場域上的限制。「可調控生物可分解材料開發」針對工研院常溫生物可分解材料設計概念及膜材加工特性之改質技術進行說明，並透過學研合作建構微生物快速篩選平台，縮短材料開發時程。
電子產品和複合材料的大量需求，帶動熱固樹脂產能快速成長，同時過去累積將退役的相關產品，將造成大量熱固纖維複材廢棄物問題，在全球減碳趨勢下，發展將廢棄樹脂有效回收再利用的技術為當前之重要課題。除了思考廢棄物處理問題之外，需更多研究投入易拆解設計、易再生樹脂、低碳排放材料等方向，從整體之生命週期提出新型的永續產品。「可再生熱固樹脂技術發展」針對目前國際可再生熱固樹脂技術進行分析介紹，同時分享工研院開發的全循環熱固樹脂技術及其應用。目前雖然可再生熱固樹脂價格比傳統樹脂昂貴，但隨著消費者環保意識抬頭，國際大型品牌商也積極推廣之下，相關產品需求量提高，將有機會降低製造成本，並創造出新的綠色產業供應鏈。
太陽能是再生能源的一種，太陽光電模組是為了將太陽能轉變成電力來使用的發電裝置，為了降低使用成本並延長太陽光電模組的使用壽命，模組封裝材料以20年的耐候特性來進行設計，但是卻未考量未來回收的便利性。為了讓太陽光電模組可以容易回收，使各組成材料能有效分離，提升太陽光電模組的回收價值，「太陽光電模組循環新設計」一文介紹工研院開發易拆解型太陽光電模組，該模組可以在壽命終了後，拆解出完整的太陽能電池片與玻璃板，並將太陽能電池片經過逆製程還原成再生矽晶片，最後再生矽晶片還能再次用於太陽能電池的製造，讓太陽光電模組達到循環再生的願景。
2010年起全球太陽光電新增裝置量大幅成長，一般正常使用下，太陽光電模組壽命可達20年以上，因此，預期全球於2030年起將會大幅湧現廢棄太陽光電模組。為了因應龐大的太陽能廢棄模組，世界各國如歐盟、美國、日本等皆已制定相關回收政策。但因太陽光電廢棄模組數量尚未達成規模經濟，目前市場機制尚未成型，故上述國家之對策，目前仍以法規為主要驅動力。「全球太陽光電模組回收之法規趨勢分析」分析歐盟、日本、美國等國家針對太陽能廢棄模組回收機制的相關規範，進而探討在相關法規之驅動下，太陽光電廢棄模組回收市場未來可能的發展。
基板的現在與未來
隨著各大電信業者導入5G技術正式營運，全球進入5G時代！根據IEK的報導，伴隨著5G技術的正式營運及未來毫米波技術的導入，將帶動基站、終端應用、伺服器等需求達數倍的爆炸性成長，其中關鍵的高頻高速銅箔基板材料，根據工研院產科國際所的預估，其產值於2020~2030年預估將有十倍的增長，達近300億美元的產值，將帶動從上游樹脂、玻璃纖維布、填料及銅箔等材料，到銅箔基板業材料、終端PCB製程技術的大幅變革及產品比重變動。本期「先進通訊關鍵材料」技術專題將報導印刷電路板最新的技術與市場趨勢，期能讓業界先進了解相關技術之發展，以率先布局未來。
5G世代來臨將帶動社會各層面的型態轉變，與之相關的營業機構將會出現新的商業模式與服務平台，並驅動龐大的經濟活動，電子通訊產品與設備將因而朝向高頻高速的方向發展，故與訊號傳輸息息相關之電路板材料市場將成長至少10倍以上。「毫米波基板材料技術發展」彙整電路板之核心基礎—基板材料之發展趨勢以及國內外廠商的產品現況，希望能協助相關業者了解產業動態與技術動向。
自2018年至今，處理器製造商陸續發布新平台，系統數據傳輸速率翻倍至16 Gbs、甚至到32 Gbs，通道內插損耗要求也愈來愈小，為了滿足這樣的要求，需將佈線長度縮短，卻造成線路設計的困難。一般解決的對策是選擇更低損耗材料，如樹脂改由Low Loss、Very Low Loss或Ultra-low Loss；玻璃纖維紗改以Low Dk/Df，或者改用更低粗糙度的HVLP銅箔，但如此一來成本卻大幅增加。而玻璃纖維紗、合成樹脂的成本在低損耗材料已經達到極限，如何選擇合適的銅箔將是最大的挑戰。為了目前的情況，開發出一種成本合理、訊號完整性(SI)與HVLP銅箔相當的銅箔勢在必行。「應用於高頻高速超低粗糙度反轉銅箔」討論銅箔對訊號完整性的影響，並介紹最適用於即將推出的處理器平台之銅箔類型。
極端氣候造成停電的危機正隨著地球暖化漸趨擴大，有限電力下的備援無線通訊和使用節能的通訊設備，是高度依賴網路的社會需要採取的減災措施。共同封裝基板(CPO)技術是雲端企業擁抱的下世代節能網通技術，而光波導技術是讓CPO晶片組更容易安裝與維修的關鍵技術。「波導技術於下世代通訊技術應用」將分兩期，介紹CPO技術的發展、國際與台灣企業的投入，以及波導技術在CPO晶片組光路封裝的應用與展望，並與業界分享工研院累積許多年的光波導技術經驗。
無線通訊發展非常快速，雖然5G才剛正式進入商轉，並且有一些問題與痛點尚未解決，但已經有許多國家開始研擬6G的相關技術。對於材料與量測設備在太赫茲方面的需求，陸陸續續有許多研究結果發表於國際期刊。「B5G材料發展」整理介紹近期應用在太赫茲頻段的發表文獻，提供讀者瞭解材料的結構設計方向與電性的量測方法，俾能掌握下個世代材料與設備的發展趨勢，具有明確的開發方向。
主題專欄與其他
電池儲能系統中，屬鋰離子電池儲能發展應用最具商業化潛力。電池儲能應用涉及多元利害關係人，其雖是全球議題，但解決方案深具地域特色。台灣近年儲能發展環境逐步健全，且根據行政院智慧電網總體規劃方案的目標，2025年前至少需要590 MW的儲能電池容量，儲能市場正值蓬勃發展階段，如何抓緊機會與不同領域夥伴結盟、根據各家的優勢進行利害關係人的需求研析創新應用技術、走出新局，以提供差異化且具競爭力的產品，是未來發展關鍵。「台灣鋰離子電池儲能系統在電力市場應用現況、未來情境及發展機會初探」一文，以鋰離子電池儲能系統為例，整理電池儲能系統可扮演的角色及功能、分析儲能服務之利害關係人，說明台灣目前應用及發展現況，並探討台灣十年內較可能有商機的儲能應用情境，如：提供電網輔助服務、微電網/用電大戶/家用、電動載具停車場、醫療/軍事用途/移動儲能/競賽型電池儲能等情境，期能拋磚引玉，供相關先進找尋不同策略夥伴進行技術布局或相關主管機關訂定政策時之參考。
「沼氣發電工業應用國內發展現況」一文說明可循環再利用的資源—沼氣應用的發展現況及趨勢。國際上能源再生與利用的相關發展研究已數十年，各國依地利發展的沼氣運用範疇甚為廣泛且朝著兼具綠能、環保與高價值化等面向發展；在國內政府也積極部署綠能的發展與建設。文中介紹國內沼氣應用的範疇與形式，分別在垃圾掩埋、廚餘回收及農業廢棄物處理等領域的多種沼氣應用系統，而工業領域也在近期投入，改善並發展因生產衍生的廢棄物處理程序，除了使廢棄物減量之外，也將所得水資源、沼氣能源加以應用並創造出價值。最後以造紙工業的實例，介紹廢棄物處理後的沼氣發電系統。
現今全世界每年產生4億噸以上的塑膠，有鑒於大量塑膠製品被不當丟棄，對環境造成嚴重且長遠的負面影響，已有許多國家結合禁用與收費方式以抑止不同類型的一次性塑膠之使用，並對生產傳統不可降解之塑膠產品加徵稅賦或是直接訂定使用禁令；另一方面，也積極鼓勵生物可分解塑膠原料製品的開發與使用，期能降低對環境的衝擊。塑膠依其原料來源分成石油基及生物基兩大類，不管是何種來源，可被微生物分解或降解的塑膠均稱為生物可分解塑膠。「從環境中篩選可分解塑膠之潛力微生物」一文的研究團隊，利用平板培養基快篩平台，從台灣各地的土壤中篩選出多株在常溫(25˚C)條件下即可分解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)系列塑膠的潛力菌株。與文獻上已知的分解菌株相較，具有更顯著的分解效率。後續除將探討該潛力菌株在陸地環境分解PBS系列塑膠產品的應用性外，也將評估生分解過程中對於生物與非生物環境造成的影響。
隨著人們對於環境永續發展日漸重視，紡織品是否符合環境永續發展精神，也逐漸成為品牌商與終端消費者關注的課題。其中，以生質原料製造纖維因兼顧環保與環境永續發展概念，成為近年來綠色循環纖維的技術發展主流方向。「綠色生質纖維材料發展趨勢」延續上期，針對具綠色永續概念之生質纖維材料，包括PTT、PLA、生質PET與生質尼龍等的發展與趨勢進行介紹，說明綠色生質纖維材料的應用潛力與未來發展。
凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2021年十月號『工業材料雜誌』或參見材料世界網，並歡迎
長期訂閱或加入
材料世界網會員，以獲得最快、最即時的資訊！