張志強 / 工研院產科國際所
開發低碳料源是石化產業面對淨零碳排趨勢採行的減碳路徑之一，可採用的低碳料源主要為廢塑膠與生質物。廢塑膠循環再利用有助於減少使用原油資源，降低塑膠汙染環境機率，避免焚化產生碳排。未來全球廢塑膠機械回收處理量將持續穩定成長，化學回收處理量將顯著增加，但仍需透過純化改質以銜接既有石化製程，跨單位的合作組成循環產業鏈則是布局未來運作商業模式的基礎。生質物來源種類繁多，目前主要以能源利用為主，在石化應用上以生質塑膠較為成熟且未來仍具成長潛力，製造化學品則在規模與成本上較具挑戰。
【內文精選】
廢塑膠回收再利用
2. 廢塑膠循環減塑趨勢
廢塑膠受到國際的關注主要有兩大議題：一是廢塑膠汙染所造成的環境問題亟需改進克服；二是塑膠在淨零碳排上可扮演的減碳角色。這兩者在發展策略上有高度的重疊，突顯塑膠的循環再利用在這兩個議題上具有不可或缺的重要性。
聯合國環境署(UNEP)也在2023年5月發布了減塑指南，除透過「減量(Reduce)」降低塑膠汙染問題的規模之外，並指出塑膠市場將朝向「重複使用(Reuse)」、「再利用(Recycle)」、「使用永續再生料或替代材料(Reorient & Diversify)」等三種循環方向轉型發展。國際上有歐洲、美國、英國、印度等提出塑膠公約，歐盟、日本、韓國則是設定循環減塑指令或政策目標，這些公約或政策所採用的策略也與UNEP所提的減塑指南相符，主要包含：①塑膠減量、②重複使用、③回收再利用、④使用再生料、⑤使用生物基材料。其中普遍較具有明確目標的是塑膠的「再利用率」以及塑膠製品中使用「再生料的比例」。
(2) 使用再生料
規範塑膠產品中必須添加的再生料比例，能更積極確保塑膠回收再利用的市場，有助於提高塑膠的回收再利用率，因此設定回收再利用率目標與再生料的使用比例是相輔相成的兩個做法。基於廢塑膠實際上不可能完全地被有效回收，投入再生的過程中又會有部分損失，且再生料的性質視再生的方法而有可能無法媲美原生料，因此為維持塑膠產品的特性，再生料的添加比例有其限制；但隨著再生技術的進步，再生料的添加比例可超過50%。
國際使用再生塑膠料的趨勢，開始出現再生料市場供不應求的現象。尤其占飲料容器大宗的PET容器，符合食品級的再生PET材料市價甚至高於原生材料(圖四)，在回收技術上則朝向可達到瓶到瓶(Bottle to Bottle)的再利用發展。
圖四、國際再生PET與原生PET價格比較
3. 塑膠循環再利用的方法與發展趨勢
廢塑膠的再利用方法，依轉換過程塑膠分子是否被大量分解產生化學斷鍵，大致可區分為機械回收(Mechanical Recycling)與化學回收(Chemical Recycling)；化學回收又依斷鍵分解的程度，可區分成解聚(Depolymerization)為單體或寡聚物，以及裂解(Pyrolysis)成可作為再生油品的裂解油。
4. 廢塑膠循環再利用的合作模式
廢塑膠循環再利用橫跨廢棄物收集分類、再利用轉換、純化煉製等過程，因此牽涉政府廢棄物管理制度、廢棄物回收處理、石化煉製業者、下游品牌業者，乃至於再生料認證業者之間的合作。
生質料源開發利用
1. 生質料源的來源
生質料源來源廣泛，主要包含農作、林業、畜牧、漁產廢棄物，以及生活都市垃圾中的廚餘、紙張，食品加工業殘渣，紙漿業黑液，甚至是汙水處理廠的有機汙泥。根據Zhou與Wang的回顧文獻，來自稻蒿、稻殼、麥稈、玉米稈、甘蔗渣的農業廢棄物，每年估計有15.8億公噸，木材廢棄物則有46億公噸，動物羽毛與內臟達80萬公噸，蝦殼230萬公噸，廢紙4億公噸。至於廚餘，依據聯合國環境署的資料，2021年全球約有13億公噸。
為避免與糧食需求競爭，使用糧食作物的第一代生質料源將逐步被淘汰，以農林廢棄物為主的第二代料源將取而代之，以人工養殖的微藻屬於第三代料源，第四代料源則是以基改生物直接利用二氧化碳合成生質燃料。
2. 生質料源的應用
生質料源的主要應用，如圖七所示。目前最成熟的生質物產製石化產品，是利用澱粉經乳酸醱酵產製乳酸，製造聚乳酸(PLA)生質塑膠。根據S&P統計分析，目前全球PLA產能已達1百萬公噸，且到2030年將呈現倍數增長。其他類似應用如PHA也是以生質物醱酵取得，PHA因可在自然環境中分解，不需要工業堆肥，是比其他生質基生物可分解塑膠具有優勢的特點 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、生質料源的主要應用途徑
★本文節錄自《工業材料雜誌》443期，更多資料請見下方附檔。