郭家倫、王蔚、游柏堅 / 行政院原子能委員會核能研究所
本文係說明淨零轉型情境下生質材料的應用機會與潛力。其中，因應循環經濟發展，在考量末端處置的選項下，若石化塑膠採取焚化處理或不易回收再利用時，生質材料替代石化塑膠能展現最顯著的減碳效益。另外，配合森林碳匯之推動，建議可利用木質素生產生質材料，提高木材剩餘物的附加價值，並同步展現減碳貢獻。未來若能結合碳捕捉、利用及封存技術，應是生質材料的使用從低碳足跡邁向負碳足跡的關鍵作為，將可為長程的發展方向。
【內文精選】
資源循環零廢棄戰略下生質材料的應用機會
資源循環零廢棄的理念與循環經濟相符。鑒於塑膠循環利用已是解決塑膠污染所聚焦的議題，如何在此原則下，進一步釐清生質材料的減碳貢獻，實有其必要性。
2. 考量最終末端處置，生質材料可展現更高的減碳效益
現階段石化塑膠最常採用的再利用法為機械回收法，但隨著回收再利用次數的增加，塑膠本身的加工物性會逐漸劣化，因而只能降級使用，或混摻更多的新塑膠料，以維持所需的加工物性。因此，如圖四(a)所示，雖然首次以機械回收法製造的再生塑膠碳足跡，確實較新塑膠料的碳足跡為低，但隨著回收次數增加，混摻愈來愈多的新塑膠料，再生塑膠展現的減碳效益將逐漸降低。以回收體系最為健全的PET為例，若末端處置皆採用機械回收法，新料PET的碳足跡約4.2 kgCO2e/kg，再生PET的碳足跡可降低至1.26 kgCO2e/kg，約降低70%的碳足跡。唯在不混摻新料PET的設定下，再生PET需回收利用至4次以上，才能折抵新料PET所造成的碳排放量。
圖四、不同情境下生質材料與石化塑膠的碳足跡比較：(a)新料PET vs. 再生PET；(b)新料PS vs. 再生PS；(c) PLA取代不同石化塑膠
由於石化塑膠加工物性會隨著機械回收次數的增加而逐漸劣化，焚化法處理亦不符合循環利用原則，因此近期化學回收法被視為具有潛力的替代選項。目前發展中的化學回收法又稱為原料回收法(Feedstock Recycling)，亦即將塑膠分解為合成前的單體，再重新合成新塑膠料，以解決機械回收法造成加工物性劣化的問題。主要有熱化學解聚及化學解聚等兩種方法，其中熱化學解聚法以熱裂解及氣化技術為主，已達商轉階段，但化學解聚法則多仍在測試規模(Pilot-scale)或小型商轉廠階段。目前歐盟已有商轉廠使用熱裂解法處理混合塑膠垃圾，並進行再利用。
以PS為例，由於不如PET有較成熟的回收機制，經常出現於混合塑膠垃圾中，因此近年來歐盟已有商轉廠運用熱裂解法將回收的PS予以再利用。如圖四(b)所示，末端處置為焚化法與化學回收法的新料PS碳足跡，各為6.9 kgCO2e/kg及5.64 kgCO2e/kg，而以化學回收法再合成之PS的碳足跡推估約1.96 kgCO2e/kg，較新料PS可降低65%的碳排放量。此顯示化學回收法的再利用次數至少要3次以上，方能折抵新料PS的碳排放量，但熱裂解過程造成的製程損失是需要克服的問題，一旦無法回收再利用，而採焚化處理，則造成的碳排放量將會非常顯著。
森林碳匯戰略下生質材料的應用機會
木質素通常會依萃取方法的差異，衍生不同的應用與碳足跡，其中低純度、產量大的木質素，適用於低成本之應用(如能源)，高純度木質素則可應用於製備生質材料，市場價格差異約在每公斤10~30元。至於在木質素碳足跡方面，以市場上較常見的卡夫木質素(Kraft Lignin)及溶劑法木質素(Organosolv Lignin)為例，木質素生產的碳足跡分別為0.2~2.9 kgCO2e/kg及1.0~2.7 kgCO2e/kg。
碳捕捉、利用及封存戰略下生質材料的應用機會
現階段由於碳捕捉、利用及封存(CCUS)的技術成熟度有限，短程內尚無法立即應用；CCUS技術若能結合生質能，建立生質能整合碳捕捉、利用及封存技術(BECCUS)，方能真正實現負碳的情境。如圖五所示，即為BECCUS的示意圖，其主要有兩個方向可與生質材料的應用整合，並展現減碳貢獻：
圖五、生質能整合碳捕捉、利用及封存技術(BECCUS)示意圖
①作為生質材料的末端處理：將生質物或生質材料經燃燒或轉換所排放的二氧化碳予以捕捉並進行封存，作為最終處置方式，在此情況下生質材料的碳足跡將有機會呈現負碳或零碳的特徵。
②以二氧化碳作為生產料源：將捕捉下來的二氧化碳予以再利用，並應用為生質材料，據此以延長固碳的方式展現減碳貢獻 ---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》439期，更多資料請見下方附檔。