從循環到經濟―看資源循環技術在減碳的機會
循環經濟要取代既有線性經濟的規模及成本優勢，必須透過對環境成本與社會成本的計價機制，而碳排有價與企業ESG評核的機制正在慢慢地創造
出新的誘因，使企業重新思考利用循環物料來改變產品碳足跡結構，以更低碳的循環物料使用，強化公司ESG的努力，以及產品的國際競爭力。在環境部資源循環署對廢棄物資源循環再利用相關技術開發的指導與經費支持下，工研院材料與化工研究所透過不同技術領域與管理角度的對話，讓相關技術的發展朝向減廢、循環再生與經濟價值的整合，期望透過本期專題的分享，協助讀者更容易掌握這些物料循環技術的發展趨勢，引領更多創新的投入，來強化循環經濟對台灣產業未來的減碳競爭力。
根據『2050淨零排放路徑及策略總說明』，我國環境部資源循環署推動『淨零排放—資源循環減碳技術計畫』。「化學品潛力物質流布及產業循環發展現況研析」探討硫酸及氫氟酸兩種關鍵化學品於我國產業中的資源流布情形，以協助提升資源循環效益並促進永續發展。研究採用物質流布分析法(MFA)，針對硫酸及氫氟酸進行資源進出口、使用、廢棄及再利用的全面分析。結果顯示，硫酸及氫氟酸廢棄資源在我國產業中具有高度循環潛力，特別是在半導體產業中。研究亦提出優化申報系統及廢棄物分層管理的建議，以提升化學品資源再利用的效率，進一步促進我國資源循環與減碳策略的落實。
我國半導體產能占全球60%市占率，製程所使用的濕式化學品需求量大、純度極高，其中氫氟酸為濕式化學品的關鍵原物料，估計年使用量約7萬噸，目前國內之含氟廢棄物，廠商是以廢氫氟酸(C-0202，約6.7萬噸)、氟化鈣污泥(D-0902和R-0910，約14.5萬噸)進行申報，且以降階使用或異業再利用等方式進行去化處理，屬於線性消費經濟。國內缺乏氫氟酸上游原物料—螢石(氟化鈣)資源，在氟化學產業鏈上遭遇到原物料、製造技術缺口與瓶頸，長期仰賴進口來滿足科技製造與加工產業應用，在地緣政治影響下，容易遭致關鍵原物料斷鏈風險與挑戰。「廢氫氟酸資源高值化技術」研析我國科技產業廢氫氟酸資源流向分布及組成基線分析，作為資源高值化技術可行性評估，以建構氟化鈣純化高值化製程；且研析國際半導體廢氫氟酸資源應用技術，作為我國廢氫氟酸資源循環技術發展策略借鏡參考。
「鋁熱技術現況與循環經濟應用發展」探討鋁熱反應在高溫材料合成及廢棄物處理中的應用。隨著全球追求淨零碳排放，傳統高溫製程面臨重大挑戰，而鋁熱反應憑藉其高效釋放熱能，成為一種可行的替代熱源，並可應用於節能燒結技術。文中分析了影響鋁熱劑性能的各種因素，包括：燃料的物理化學特性、顆粒尺寸以及氧化劑的形狀與種類等，並進一步介紹了鋁熱反應在火工、合金製程、陶瓷合成及廢棄物固定處理中的多種應用。特別是將含鋁與含氧化鐵的循環材料結合，用於鋁熱反應燒結焚化飛灰粒料，這一方法不僅能實現廢棄物的資源化與再利用，更符合循環經濟的發展方向。
「玻璃集塵灰減廢暨資源再循環技術」指出，集塵灰為高溫產業熔爐或鍋爐使用石化燃料為熱源、於燃燒後產生的懸浮微粒或煙氣，經集塵設備收集而得，通常含有鉛、鎘、汞、砷、六價鉻與戴奧辛等污染物。而玻璃產業以石化燃料為熱源，將矽砂、重鹼、石灰石等原料在高溫下融合獲得玻璃膏，精煉過程中加入精煉劑與著色劑，因此玻璃熔爐產生的集塵灰成分更為複雜。目前國內除煉鋼集塵灰因來源與成分單純而廠商願意回收處理，其他傳統製造業集塵灰尚有待新技術開發，以促進廢棄物減量與資源化。
面對國際淨零碳排趨勢和《全球塑膠公約》提出，廢塑膠回收成為全球重要議題。台灣目前塑膠包材回收集中在容器類，透過物理回收製成再生酯粒，回收再利用率高；但其他混合塑膠材質多樣且分類困難，經濟價值低，導致廠商回收意願不高。「廢塑膠包材回收智慧分類技術」報導工研院材料與化工研究所開發塑膠包材廢棄物的智慧分選技術，辨識分類精確度>95%，辨識速度>10件/秒，可針對8種以上廢塑膠進行精準分類，提升再生料源純度。透過智慧分選技術研發，有望規劃未來回收及再利用途徑。
「鋰電池資源轉生技術：引領綠色未來」分析，隨著各國極力推廣綠能產業發展，鋰電池需求及產量逐年增加，目前市場規模最大且大幅增長的應用領域即為動力鋰電池。然而，早期不論消費電池、動力電池甚至是儲能電池皆陸續進入報廢期，預計未來2~3年鋰電池將迎來大規模退役潮。在此同時，綠能產業的發展也將帶動電池循環產業的高值化及需求。從退役鋰電池透過循環再利用技術取得有價資源，有利於降低鋰電池生產成本並提高綠能產業經濟效益，因此需透過法規制定、電池管理機制、市場經濟、循環模式與減碳效益估算，以達到產業雙贏與綠色循環。
以二元胺開發提升高分子材料產業競爭力
台灣的尼龍、環氧樹脂與聚醯亞胺(PI)等產品，在國際供應鏈具有一定地位，但高階應用端材料所需之關鍵胺基中間體受到國際大廠壟斷，導致無法取得或被限定應用領域，影響產業進一步提升競爭力的機會。5G、綠能、電子與車用等領域產品所需之二胺單體，包括：長碳鏈脂肪族二胺、聚醚胺(PEA)、二胺基二環己基甲烷(PACM)、4,4ʹ-二胺基二苯醚等脂肪族二胺與醚二胺，均為高附加價值關鍵單體，值得國內廠商投入開發。為協助國內產業，本期『脂肪族二胺及醚二胺技術發展與應用』專題，將介紹數種關鍵胺基中間體的技術發展與應用，以期共商在國內落實自主生產之計。
尼龍66具有優良的機械強度、耐熱性、低溫衝擊、防火等特性，廣泛用於高耐用性和抗撕裂性的工程塑膠與織物，是極為重要的民生化工材料。己二胺為尼龍66的關鍵中間體材料，長期受到國外大廠技術壟斷，不易大量取得，亟需發展自主技術並建立自主供應鏈。「己二胺技術開發」報導，近年來受到各國凈零減碳政策與品牌商要求下，低碳己二胺與低碳尼龍材料開發可望作為台灣突破技術限制壟斷的方向。其專利技術布局仍處於藍海階段，工研院目前已有初步成果，可以此作為基礎，除了建立國內自主供應鏈之外，開發低碳己二胺與低碳尼龍產品將更符合國際凈零減碳趨勢，產品也更具有國際競爭力，可作為尼龍產業升級開發之標的。
傳統脂肪族尼龍6及尼龍66工程塑膠的單體充沛、價格便宜，因而被廣泛使用；惟其單體主鏈短，尼龍吸水率過高，終端產品在常溫常濕的情境使用下，會造成尺寸安定性變差，剛性也有隨著尼龍材料吸濕而逐漸下降的問題。因此，業界推出了導入長碳鏈單體進行改質的低吸濕長碳鏈尼龍工程塑膠，如：PA612、PA1012、PA9T、PA10T、PA11T、PA12等，對於尼龍材料吸濕性改善尤顯重要。「低吸濕長碳鏈尼龍材料開發與應用」將介紹導入長碳鏈二胺單體進行改質的高階低吸濕長碳鏈尼龍材料(如PA612、PA9T)之開發、市場與應用；預期對國內尼龍產業有所助益。
隨著5G高頻通訊的發展，柔性印刷電路板(FPCB)對層間絕緣材料的性能要求日益嚴苛，傳統聚醯亞胺薄膜因介電常數和損耗較高，難以滿足高頻通訊材料需求。「高性能軟板材料之二胺基苯醚結構設計與合成技術」一文，介紹低介電聚醯亞胺結構設計發展及關鍵單體二胺基二苯醚的合成技術。隨著微電子技術的迅速進步，低介電特性改質聚醯亞胺(MPI)材料的研究與開發將成為關鍵驅動力。這些材料不僅能有效降低訊號損失，還能增強整體系統的性能，對於高頻通訊、柔性電子及其他先進應用具有重要意義。未來的研究應著重於分子結構的精確設計和微觀結構的優化，以實現更高的介電性能與熱穩定性。結合新型合成方法與工業化生產技術，將有助於在性能與成本之間找到最佳平衡，推動材料的商業化應用。
「光穩定劑前驅物三丙酮胺製程技術與產品應用」介紹受阻胺型光穩定劑的關鍵前驅物—三丙酮胺製程技術。受阻胺型光穩定劑有助於避免塑膠產品在陽光、空氣及熱的影響下分解，可提升塑膠產品的環境耐候性以及使用壽命，除了作為塑膠添加劑之外，亦廣泛應用於汽車、建築與農業用膜等產品。三丙酮胺是受阻胺型光穩定劑中最重要的前驅物，亦是丙烯的高值化衍生產品，國內缺乏相關合成技術，因此工研院開發具有高產率的三丙酮胺製程，希望可協助國內業者自主建立相關合成技術，以避免仰賴進口與國外廠商壟斷。
主題專欄與其他
材料資訊學(MI)是結合材料科學與資訊學的跨領域科學，旨在透過數據分析與人工智慧技術來加速材料的研發過程。隨著MI技術的進步，材料科學的研究從早期的試誤法逐漸演進到以數據驅動為基礎的材料4.0階段，並預示著材料5.0時代將引入生成式預訓練模型(如：GPT技術)。「材料人工智慧平台的發展」探討了國際上多個材料AI平台的發展，如：Materials Cloud、Materials Project和AlphaMat等，並介紹了工研院與日立合作導入的APMI平台及其應用，以推動台灣材料與化工領域的發展。
延續上期，材料與技術專欄「纖維素奈米微晶應用於傷口敷料之探討」深入探討纖維素奈米微晶在生醫領域中關於傷口敷料方面的應用前景。著重於探討纖維素奈米微晶於傷口敷料的應用特性，簡介皮膚傷口的癒合過程與傷口敷料的種類，並根據不同適應症所需的材料特性，回顧纖維素奈米微晶在止血、抗菌及載藥方面的文獻應用，顯示纖維素奈米微晶在傷口敷料應用的潛力。然而，纖維素奈米微晶在人體內的許多作用機制目前仍尚未明瞭，也被視為潛在安全疑慮，限制了其發展與應用性，這部分仍有待後續進行更深入的研究。
全球溫升控制的承諾越來越難達成，各國加強產業減碳技術推廣及相關政策支持已刻不容緩。「產業有機料源再利用及沼氣發電產業發展現況」報導，經諮詢訪視35家不同產業業者，瞭解其於廢水/污泥處理系統、沼氣利用的現況及困難點，除用地受限與沼氣產量等技術問題，尚需要政府推行綠色資金等政策輔助，以克服整體系統投資金額過高之問題。沼氣發電產業鏈方面，則需要加強業者對於醱酵技術的熟悉以及發電機具的維護保養能力，也需要政府增加電網併網容量、發展多元化併網技術，及躉購電價額度討論等政策面協助。
為符合減碳目標，製造業訂定了相對應的措施與對策，但排碳量的盤查都集中在範疇一與範疇二的項目，對於製程產生的廢水與廢棄物處理，由於範疇界定模糊，很容易忽略到此部分排碳量的估算。「製造業低碳廢水處理技術之推動」分析在減碳與循環的國際趨勢下，新的廢水處理概念將從單純處理排放，轉變為具有節能、創能、減廢與減碳等目標的低碳廢水處理技術。期藉由低碳政策補助與實際案例的介紹，提高業者導入廠內低碳廢水處理技術的意願，進而達成製造業減碳的目標，同時，也希望讓廢水與廢棄物的處理，能以符合環境友善的方式來進行。
《技術發表會》彙集報導工研院智慧感測與系統科技中心以前瞻晶片智慧感測技術，驅動精準農漁業之創新應用成果。「應用壓電聲學元件於母牛分娩聲紋監測」指出，畜牧產業在全球經濟產業鏈當中扮演相當重要的角色，由傳統的自然放牧與圈養，直到現代因科學技術進步，在生物學、遺傳學以及工業機械的蓬勃發展之下，家畜的養殖、繁衍、數量管理等均有突破性的發展。但在家畜之健康管理當中，往往須透過人力來做初步的監控。在牛隻身體異常或是分娩期間，其鳴聲將產生變化，因此畜牧業者可透過牛隻鳴聲之變化作為健康管理的初步監控指標。利用壓電聲學元件防水、防塵及高訊雜比等特性來進行母牛聲紋監測，搭配聲紋辨識演算法，發展建立聲紋辨識機器技術，偵測牛隻即將分娩的聲紋變化。利用母牛自動化分娩監測系統來預警母牛分娩事件，以取代人力長時間監控。經測試母牛分娩聲紋辨識系統，於單一場域內辨識率可達8成。
「長效水質溶氧感測器」介紹以異質整合封裝光學晶片與抗菌鍍膜材料技術的結合，開發長效型水質溶氧感測器。溶氧為水產養殖業最關鍵的參數，除了與魚體生長相關，若無法正確監測更會危及整池魚貨生存，但目前除了完全依賴進口昂貴國外感測器，更有長效性不足的問題。實測目前養殖業使用的法國光學式溶氧感測器，依養殖場域水質差異，最快2天內即會因生物膜覆蓋感測頭，而讓感測值偏離20%以上失效，無法符合養殖需求。本文介紹工研院開發，具有長效準確、平價廣布等特點之光學式溶氧感測器，可降低人力維運成本，並達成與週邊設備(水車、投餵)智慧聯控，實現節能化、智慧化效益。目前實測長效性已可達7天，後續以14天以上，甚至1個月長效性為目標進行開發。
「整合振動感測與智慧決策之水產養殖精準投餵系統」一文報導，工研院感測中心開發一套創新的智慧化精準投餵系統，以解決傳統水產養殖業的人力短缺和投餵品質問題。該系統整合水下振動感測技術與適應性投餵決策模型。其中，基於振動感測器的魚群攝食活動力監測模組，能有效反應魚群的攝食活動力，避免影像感測活動力受光線干擾等問題；此外，具備學習機制的適應性投餵決策模型，能依據養殖戶的操作習慣，建立個人化的投餵模式。實驗結果顯示，系統模型決策的停餌時間和漁民相差平均僅1.4分鐘(4.8%)，最大不超過4分鐘(12%)，證實了系統的實用性，可以代替人工，提供有效率和有品質的投餵作業。
專文篇篇精彩，歡迎賞閱！結合技術發展與產業需求，歲末年終，盤點一整年淬練的研發成果，本期加碼《2024年工研院材料與化工研究所 亮點技術》特刊，精選材化所14個研究組超過百項亮點技術，隆重推薦給讀者，歡迎各領域業界參考指教，攜手合作。凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2024年12月號《工業材料》雜誌或參見材料世界網，並歡迎
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