從循環經濟看金屬材料研發案例(上)：材料世界網

黃爾文、吳祐豪 / 陽明交通大學材料系、李玟頡 / 國家高速網路與計算中心、賴宏仁、陳俊沐 / 工研院材化所

循環經濟的觀點在於：不要靠犧牲下一代的資源環境來換取眼前的利益。過往，由於不易全局觀照系統與環境，許多外部化的內部成本與污染，不見得被計入其成本效益評估。本文重點回顧金屬材料，因為金屬材料於結構件中被廣泛的使用。舉凡風力發電的風扇、建築材料使用的鋼筋、增進交通安全的車體防護等並不會隨著時代的演進而減少使用量。很多的應用場景，像是軌道建設、再生能源、太空衛星、輕量化載具等反而更需要投入研發以因應新增的需求。

然而，伴隨需求而起的生產與設計，值得重新檢視設計流程與環節，以在性能增進像是提高耐溫以增進能量轉化效率的同時，也考慮到氣體排放污染、廢料再生、回收循環、雜質容忍、抗蝕增壽等永續參數。具體落實在產業應用面上，則如從能源產業來看，氫能所需的結構合金、配合觸媒材料反應所需高溫高壓的結構材料、耐高溫合金、光電應用所需的結構件、燃料電池環境的結構件、太陽能光熱元件所需的結構材料；從交通運輸來看，輕量化合金所需的具加工性的鎂合金、輕量化電動車、混合動力車所需的結構件與磁鐵金屬；在材料使用最大量的土木工程等的大型建築與機具上，抗蝕高強度合金、風機、化工廠所需的管線等等都是金屬材料可發揮循環功能的範疇。本文以金屬材料為主，站在其功能性的應用、生命週期、破壞式創新的配方研發與製程科技突破等觀點，回顧國際文獻中對金屬結構材料的循環效益評估，與摘錄新興有潛力的研發成果，敬供國內讀者參考。

循環材料

循環經濟是政府推動「5+2」產業創新政策之一。藉由能源與資源的再利用，既可緩解廢棄物與污染問題，又可以延長資源的生命週期，圖一為筆者在2021年12月14~15日亞太經濟合作會議(Asia-Pacific Economic Cooperation; APEC) Hybrid Workshop on Digital Manufacturing for Supply Chain Resilience的演講中，藉由循環經濟，盤點關鍵材料、循環材料，以審視供應鏈風險的示意圖。

圖一、(a)盤點關鍵材料：藉由循環材料、審視供應鏈風險，重估材料價值與價格的順位；(b)世貿官網的新聞報導中國與美國、歐盟、澳洲、加拿大、南韓的廢棄物進出口禁令

供應鏈的計算如圖一(a)所示，應同時計入廢棄物與循環。從疫情前的跨國、跨洋廢棄物壁壘，到疫情期間供應鏈大亂，直到後疫時代的供應鏈重組近況。圖一(b) 2017年底起，國內的廢棄物回收業者“受惠/受害”於“轉單台灣”效益，大幅衝擊當時台灣依靠廢棄物資源回收維生的生計與環境生態。當然，中國的廢棄物進口禁令也反應了第54屆金馬獎最佳紀錄片《塑料王國》中所記錄的“低端人口”的“循環經濟”實況：即循環經濟產業鏈的複雜社會面。應該將影響供應鏈從進口原料到出口廢料的風險都指標化的納入效益估算。國際上已經有以環境污染指標訂定的相關稅率。例如Peter Navarro所引用的世界銀行數據為例，用來計入汙染管制的貿易競爭成本。循環經濟也亟待模式的提升、價值鏈的重組，才能在落實循環經濟的同時，讓這條供應鏈上的從業者有新工具、科技、商業模式、產業脈絡的演化，以逐步踏出國際連動的叢林。例如，國際能源署「 Net Zero by 2050 」的Flagship report、Ellen Macarthur基金會]介紹的循環經濟彙整軟體系統，和阿聯政府承諾預計將是全球首個完全由可再生能源提供動力「零廢棄物」的阿布達比-馬斯達爾城(Masdar)。

金屬材料

在不同的能資源中，本文選定金屬材料，探討其發展過程中藉由重要的工程技術研發突破，以延長生命的案例，進而挑出當今前沿有潛力突破的新興金屬研發成果。從經濟合作暨發展組織 (Organisation for Economic Co-operation and Development; OECD)發布的『Global Material Resources Outlook to 2060 Economic Drivers and Environmental Consequences』[8]整理，可看出金屬材料的重要佔比，如圖二。