全球化學產業在減碳上的努力與現狀
國際能源總署(IEA)最新的數據突顯化學產業尚未走上實現2030年二氧化碳減排要求的軌道，產業正面臨人類生存保衛戰下訂出之減碳目標達成時間
所剩無幾的迫切性！臺灣的化學產業廠商主要以生產大宗石化品為主，銷售至中國的大宗石化產品目前面對ECFA的6.5%關稅免稅取消的問題，而讓業者於微薄獲利的邊緣掙扎；未來在政府開徵碳費情況下，我國石化業者的生產成本勢必上升；另外，分散出口轉至歐美市場又將面對CBAM的關稅問題。如何在維護環境、建構企業碳競爭力與永續經營之間取得平衡，是我國化學產業業者未來的重要課題。
2030年廢塑膠回收的產能將僅占聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酯總產能的不到9%，目前正在開發的一系列化學品回收技術，沒有一項技術的規模足夠大到能對其產業的排放產生重大影響。全球化學廠商現行減碳作為將無法達成2030年的減排目標，必須採取更多的變革措施方能達成目標。「全球化學產業減碳的發展方向與趨勢概論」述及全球化學廠商的四項減碳途徑，包括：CCUS、再生燃料的生產、低碳化學品的生產、結合低碳能源的新製程。其中，「再生燃料的生產」涉及龐大的資產設備改變與投資；「結合低碳能源的新製程」中的技術多數有專利保護，且部分技術尚未經過商業化量產的檢驗；「CCUS」與「低碳化學品的生產」應為臺灣化學產業達成2030減碳目標之可行性較高、可自主化較高的路徑。
近年國際石化大廠開始在氣候變遷議題上受到指控，塑膠污染環境議題被檢討後也向上延伸到整個製造產業鏈，無論是聯合國環境大會將檢討整個塑膠生命週期以擬定具有法律約束力的減塑公約，或是全球最大的碳揭露計畫CDP納入塑膠揭露項目，皆反映出塑膠回收再利用已是石化產業面對環境污染與氣候變遷議題不可或缺的發展方向。「國際石化大廠在塑膠回收再利用之發展現況」整理巴斯夫、陶氏化學、沙特基礎工業、英力士、利安德巴塞爾、樂金化學、埃克森美孚等國際上七大石化公司在塑膠回收目前最新的發展。業者透過合作建立廢塑膠回收與分選之技術、基礎建設，鎖定廢塑膠料源；利用各種回收方法特性，發展多種回收再利用技術，以擴大廢塑膠再利用範圍；結合封閉循環產業鏈業者，發展新的循環經濟商業模式。未來全球塑膠需求量仍會逐年增加，塑膠回收再利用將持續在環保與減碳議題上扮演重要的角色。
「國際廠商利用生質塑膠進行原料低碳化的做法」一文報導，由於溫室氣體產生的量不斷地增加，加劇了全球變暖的趨勢，全球各行業正在努力減少對石化產品和石油基工業零組件的依賴，國際大廠利用生物基、永續和環保的替代品（如生質塑膠）取而代之。生質塑膠具有優異的減碳效益，成為國際廠商發展的路徑選項之一，但由於以作物為原料來源的生質塑膠價格仍較石化塑膠為高，為除去與民爭糧的疑慮，轉而關注於以農業廢棄物、藻類，以及透過二氧化碳或合成氣發酵等原料來進行研究與開發。
根據《氣候變遷因應法》與甫在2024年元旦實施的《溫室氣體排放量盤查登錄及查驗管理辦法》，企業至少需要完成範疇一與範疇二的盤查。在臺灣碳排放數據中，電子業占製造部門的22.7%，同時約占臺灣整體的13.0%；而電子業製程的溫室氣體排放占11.93%，約當量為426.7萬噸。若欲使電子業與電子材料產業大幅地降低碳排，除了開發降低電力消耗的製程技術為效益最大的手段外，降低製程中使用化學品或改變相關製程技術所產生高碳排當量的物質是未來較受關注的議題。「電子材料廠商的淨零減碳方向與現況」以知名電子品牌大廠低碳政策與現行做法以及我國半導體製程廢棄物處理現況為例，詮釋電子材料廠商的淨零減碳方向與現況。
低碳足跡與循環減廢是近年國際主流法規趨勢，也是目前全球綠色特用化學品最主要的開發方向，為了協助自身與客戶符合趨勢，國際化學大廠近年推出許多創新的綠色特用化學品。「特用化學品近期的低碳與綠色產品開發方向」針對近年國際化學大廠在塑膠添加劑、色料、塗料與合成樹脂接著劑等特用化學品中，推出具備低碳足跡與循環減廢概念的綠色創新產品為例進行說明，作為讀者了解特用化學品目前綠色開發方向的參考資訊。諸多案例都體現出綠色特化品的潛在商機，將持續推動綠色特化品創新發展。
為因應全球塑膠污染日益嚴重問題，聯合國正研議於2024年提出全球減塑公約，以減少塑膠生產和限制特定塑膠材料，此舉勢必衝擊全球包裝材料市場。「緩和全球暖化，產品包裝也能減碳減塑」指出，對電子商務而言，在包裝需求持續增加下，包裝減量除了可以降低其運輸過程碳排放量，也滿足法規要求，因此國際間電子商務領導業者正加速推進包裝減量。透過自動化提高包裝與回收效率、導入創新的配送模式等措施，深化協作材料循環供應鏈以擴大綠色價值鏈成員。惟企業內永續包裝策略需再次細緻化包裝設計，降低保護性包裝填充物使用量，方能實質達到包裝減量與產生減碳的效益。
水處理與再生之減碳技術發展及應用
在極端氣候影響下，全球對於水資源風險管理需求與日俱增，為了解決目前世界缺水危機，需透過持續的水資源管理來保障水、糧食和能源安全。臺灣每人年平均分配雨量不到世界平均的1/5，加上近年來氣候變遷，導致乾旱頻率越來越高，顯示臺灣缺水危機將雪上加霜。開發和整合多元水資源將成為重要的發展策略，面對2050年淨零排放與用水韌性兩大重要議題，如何在使用水資源同時達到減碳雙贏模式，將驅動水科技研究朝向低碳資源化水處理與再生技術發展。
面對水資源供應不及、產業用水需求持續成長，以及氣候變遷影響下造成的水資源短缺問題，如何開發取得新興水資源，以達到人類、農業、工業及其他基本用水的需求，且朝符合2050淨零碳排為目標，是全球正在努力的方向。「國際廢水處理與再生發展趨勢」一文以新加坡及以色列兩大已使用再生水作為新興水源多年的國家為標竿，進一步說明目前臺灣針對水資源短缺改善之再生水推動與規劃；最後點出現有廢污水處理與再生的技術中可再精進及開發並達成節能減碳目標之方向。
厭氧氨氧化技術被認為具有極高節能減碳的潛力，而於實廠應用中，可能會因為實務上的限制與理論化學劑量存在部分差異。「以厭氧結合單槽式厭氧氨氧化系統處理都市污水減碳效益之評估」一文，以南投中正路污水處理廠之生物處理系統為基礎，模擬將現有AOMBR系統改為厭氧+單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化系統後，逐一計算並比較其能耗、加藥及污泥產量減量帶來之減碳效益。依據模擬計算之結果，若將傳統AOMBR系統改為厭氧+單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化+MBR系統，發現總碳排可由602.1 kg CO2e減少至355.2 kg CO2e，約減少41%碳排。雖真實減碳效益仍須透過實廠驗證方可確認，但研究顯示，以厭氧氨氧化為基礎之處理技術確實具有極大減碳之潛力。
水回收再生已成為全球關切環境議題下保護水資源的主流趨勢，不僅在乾旱地區或是工業化國家存在需求，於人口增長與人需用水量隨科技逐漸提升下，使用再生水的議題亦逐漸重要。臺灣為全世界前20名之缺水國家，水資源的循環再利用為相當重要的課題。在水資源循環中，透過民生污水/工業廢水回收再生，以作為非人體接觸之用水是非常關鍵之途徑。臺灣於民生污水/工業廢水回收再生中，大宗是以雙膜法進行水回收，「水回收再生之前處理技術」針對雙膜法之原水前處理技術以及透過前處理技術穩定原廢水水質概略說明；同時，以再生水模型場驗證，透過BioNET進行高級生物前處理方式，可延緩超濾膜的藥洗頻率約原本之1/3，其規模100 CMD之模型場產製再生水每月可減少720 kg CO2e的碳排成效。
民生及工業用水量逐年增加，氣候變遷導致旱澇不均，水資源匱乏問題受到重視，除了原有水資源之節水以外，須發展新興水資源以確保用水穩定，因此海淡水、再生水及循環水皆成為主要用水標的。產水過程所產生之鹵水去化儼然成為重要課題，傳統ZLD程序可將水回收率進一步提升，惟其末端濃縮液體經蒸發系統處理後仍會產生混合鹽固體廢棄物。「鹵水低碳資源化技術」分享廢水、污水零排放(ZLD)過程中，鹵水資源化對碳排放之影響。電透析(ED)為目前唯一可同步將鹵水中有價離子分離，並同時產出再生水、酸、鹼之鹵水資源化技術。研究團隊利用薄膜系統及電透析系統進一步優化ZLD程序，於鹵水進蒸發系統前將所含有價離子分離，達成資源化同時產出再生水、純化酸及純化鹼回用於製程中，減少藥劑使用量及廢水量，同時降低碳排放量，已有許多成功案例。
主題專欄與其他
由於鋰離子電池需求快速增長，開發具有高生物相容性/生物降解性的固態電解質以提高其可持續經濟價值勢在必行。「天然纖維素基固態電解質於鋰金屬電池之應用」報導台大研究團隊近期發展以環境友善的綠色溶劑，將TEMPO-oxidized奈米纖維素(TOCN)與高分子及LiTFSI混成，並透過簡易的澆注法製備一具有良好機械性質的自支撐高分子固態電解質薄膜。由於TOCN、高分子及LiTFSI彼此間的高度相容性，所形成的固態電解質薄膜具有均勻且連續之高分子相，可形成良好的鋰離子傳輸通道。同時，由於無相分離的產生，此電解質薄膜不易受到外界溫度影響產生局部應力變化，具有良好的機械及電化學穩定性。由於此高分子固態電解質薄膜乃透過一簡易的溶液製程製備，相信具有高度工業化的價值與可行性。
化合物半導體材料具有寬能隙、高功率密度、高崩潰電壓、低功率損耗與較佳的散熱等特性，因此在高功率與低損耗的零碳排趨勢中，化合物半導體材料扮演重要角色。在半導體元件製程中，石墨因其化學和機械穩定性以及熱和電特性，而在許多高溫環境中應用；但石墨在高溫與電漿環境使用時，相對上是不穩定的，除了產生顆粒，也容易與氣體反應形成化合物。因此在高階的半導體或化合物半導體製程中，是於石墨表面製備立方結構的SiC塗層，以解決上述問題。SiC膜層具有高耐磨性、耐腐蝕性、化學穩定性和抗氧化性，並且具有高導熱性，所以該塗層在各種工業應用中受到青睞，包括LED載盤、半導體產業、板材、泵葉片、球閥部件、密封件、軸承和熱交換器等。「化合物半導體製程用CVD SiC鍍膜技術」介紹化合物半導體產業現況與CVD SiC製程技術，評估CVD SiC膜層在化合物半導體製程組件的應用可行性；後續藉由此CVD SiC鍍膜製程技術的開發，使國內化合物半導體設備商與原料商可直接開發相關產品，達到降低生產製造成本並提高國際競爭力。
隨著全球暖化與氣候變遷的情況加劇，2050年淨零排放的目標已逐漸成為各國的共識。在運輸領域方面，減碳策略主要以車輛電動化為發展趨勢。但在電動車之發展過程中，減重常常是各車廠所需面對與正視的課題，因此，具備質量輕、高強度、高剛性等優點的碳纖維複材逐漸受到車輛產業所青睞。「碳纖維複材於車輛產業之應用」先介紹複材在過去各車款應用的演進，並說明碳纖維複材在新能源車輛零組件(如電池組、儲氫罐)應用現況，最後再針對國內複材業者在車輛產業投入的現況及未來面臨的挑戰作剖析。專文篇篇精彩，歡迎賞閱！
凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2024年1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！