蕭弘毅 / 工研院材化所
造紙業以紙漿纖維為原料，製程複雜、能源密集，生產過程會產生大量碳排放，嚴重影響生態環境。近年來，業界在永續資源的循環經濟趨勢下，逐漸以廢紙為原料、配合製程改善及資源循環的技術發展低碳造紙。惟面臨2050年的淨零碳排壓力，仍有許多改善空間。本文介紹低碳原料技術，如：發展低碳廢紙回收技術、造紙污泥回收再利用及導入低碳填料取代部分紙漿纖維在造紙業的應用等，以加速造紙業節能減碳，創造資源永續循環及淨零碳排的綠色造紙產業。
【內文精選】
造紙業的循環經濟
1. 產品循環
台灣造紙業年生產量約448萬公噸，其中紙板生產量超過五分之四。紙板包括瓦楞紙箱用紙(裱面紙板、瓦楞芯紙)、白紙板、灰紙板等等，以及環保衛生紙、再生印刷書寫用紙、敬神紙等，都是以回收紙作為原料。國內回收紙收集量達289萬公噸(2021年)，不僅減少木漿使用，更透過資源再利用以減少製造過程產生的碳排。
2. 水循環
水是造紙業重要的資源之一。造紙業者透過水資源管理，致力於廢水減量，以循環、回收及再利用的3R概念，提升廠內的用水回收效率。目前工業用紙的單位用水量(總用水量/生產量)已可達到6~10立方公尺/公噸。且造紙廠皆設有廢水處理系統，不但能確保放流水水質符合放流水標準，有些業者更進一步以膜過濾法處理放
3. 能源循環
造紙業利用製漿流程剩餘的木質素、漿紙污泥、衍生燃料，透過汽電共生、生質能鍋爐製造再生能源。另外也透過沼氣發電，實現廢棄物燃料化與資源化的最大效益。
廢紙的回收技術
紙漿和造紙工業透過技術將纖維原料轉化為紙漿、紙張和紙板，造紙過程包括：原料製備、製漿(化學漿、半化學漿、機械漿或廢紙)、漂白、化學品回收、紙漿乾燥以及紙張成型和乾燥，其中最重要的能源消耗過程是在造紙的製漿和乾燥部分。
廢紙回收的再散漿技術
造紙廠和加工廠會產生大量廢紙，像是紙張在生產過程的裁邊、紙捲尾端、品質不合格的產品和超量生產都是浪費的來源，只要在技術可行下，製程廢料會被重新製漿並重新混合到原料中。加工紙張在製成最終產品時也會產生廢棄物，加工後廢紙利用傳統技術很難重新製漿，例如許多紙製品都用塑膠層壓，而許多工廠會將層壓廢紙加工成顆粒用於鍋爐燃料，或進行掩埋處理。
造紙污泥回用技術
污泥改性方法為利用高陽電荷高分子，在與污泥粒子混合的過程中，迅速地對污泥粒子進行包裹改性而帶上正電荷，使得污泥能夠更好地與帶陰離子的纖維進行交聯結合，如圖四。高陽離子電荷高分子，能提高污泥中細小纖維和填料的留著率，且能夠和纖維形成穩定的化學鍵，穩定成紙強度，使成紙強度不會因為污泥的加入而有所下降。污泥改性的高陽電荷高分子添加量一般為0.2~0.4 kg/t污泥，污泥回收量可以達到20 kg/t紙。
圖四、污泥與帶陰離子的纖維進行交聯結合
低碳填料在造紙的應用
造紙中填料添加的主要目的是改善紙張性能、降低成本。成本的降低歸因於填料本身的低成本和造紙過程中的節能。本文系統研究了黏土填料添加對造紙過程中排水、壓榨和乾燥等節能效果的影響。實驗結果表明，填料的添加可以顯著提高壓榨乾燥過程中的排水率和除水率。添加20%的填料後，與未填充的紙張相比，排水時間縮短了20%。在填料含量為23%時，濕紙匹經造紙機壓水部壓榨後，固體含量至少增加了5%，乾燥速率提高了20%。這些改進皆為造紙廠帶來相當大的好處，包括提高機器速度和節省大量能源。
使用低碳原料取代紙漿明顯可以減少碳排，是一種直接有效的低碳造紙方法。其中以填料替代紙漿造紙，提高紙張填料含量達到文化用紙生產，不但可以減少原生紙漿用量，同時提高濕紙匹成形的濾水速率增加濕紙匹乾度，更能進而減少濕紙匹的乾燥能源，達到資源永續循環、減少碳排的低碳造紙技術，如圖五所示。惟以高填料造紙仍存在顏料在成形網部低留存的問題，因此，如何提高填料用量減少碳排及能耗，是目前產業面臨的問題 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、紙料中含填料的濾水及乾燥特性
★本文節錄自《工業材料雜誌》451期，更多資料請見下方附檔。