陳明君 / 工研院產科國際所
氣候變遷、社會經濟壓力以及日益嚴格的政策和法規，正推動全球各行業加速脫碳進程，從對化石燃料的依賴轉向生物質經濟。這一轉型不僅意味將逐步淘汰化石燃料作為主要能源來源，更重新定義了化學品、聚合物以及日常消費品的來源。而實現聯合國可持續發展目標的關鍵，正是用再生能源和生物基材料替代化石資源。在這其中，生物塑膠作為重要的生物基材料，正逐漸成為塑膠產業脫碳與永續轉型的核心組成部分。
【內文精選】
國際市場發展現況與趨勢
全球生物塑膠產量約占每年塑膠產量(約4億噸)的0.5~1%之間。在經歷Covid-19、俄烏戰爭加劇通貨膨脹，推升能源及穀物等物價上漲，致使生物塑膠生產的停滯期後，2023年總產量再次回升。根據European Bioplastics公布的統計數據顯示，2023年全球生物塑膠產能來到218萬噸，較2022年的181萬噸，大幅成長20.4%，預估至2028年總產能將達到約743萬噸；區域市場的發展上，2023年仍舊是以亞洲為主，占55.3%，預估至2028年亞洲將占市場的71.5%，成為未來生物塑膠的核心市場，顯見其在區域市場發展的重要性。全球生物塑膠詳細產能請參考圖一。
圖一、2021~2028年全球生物塑膠產能
生物塑膠的應用範圍不斷擴大，包裝(軟包與硬包)則一如既往，仍然是生質塑膠最大的細分應用市場，2023年占生物塑膠市場總量的43%(93.4萬噸)。進一步就包裝應用細分，以軟包裝和硬包裝的市場成長率來看，2023年則較2022年分別下降了17%和5.2%。
生物基平台化學品的發展與商業化現況
1. 國際針對生物基平台化學品開發之主要國家
在石化產業中，「平台」的概念指的是將原油通過分餾處理，獲得一系列關鍵中間體，然後再進一步加工以生產能源和化學品。同樣地，在生物精煉平台中，生物質經過分餾處理，產生一系列不同純度的中間化學品，這些中間品隨後會進一步加工成最終產品。這些平台是生物精煉廠中原料與最終產品之間的關鍵聯繫，也是生物精煉技術的重要特徵。
根據生物質轉化過程中所使用的技術，生物精煉廠可以運用兩種主要的平台類型—熱化學平台和生物技術平台，這些平台可以單獨運行，也可以結合使用。鑒於生物質的多樣性及原料的可獲得性，某些類型的生物質可以通過同一平台進行處理，而生物精煉廠也可以同時運行多個平台，以達到最佳的資源利用效率。
2. C1~C6生物基平台化學品產業前景
C1~C6生物基平台化學品指的是來自生物質的含碳數從1到6的基礎化學品，這些化學品是生物精煉過程中的核心中間體，可以進一步轉化為各種下游產品。
(1) C1化學品：二氧化碳
二氧化碳(CO2)是所有燃燒過程和好氧發酵過程中產生的溫室氣體，因此被視為一種生物產品。雖然美國能源部和歐盟研究專案皆未將其列為最有可能替代石油基化學品的生物基平台化合物，但作為最簡單的碳源之一，二氧化碳的增值應用仍然有可能納入生物精煉系統中。
目前，從二氧化碳中提取增值產品的技術正處於不同的發展階段：部分有機酸、氨基甲酸酯、醇、醛和二甲氧基乙烷的生產仍處於實驗室規模；甲醇、甲酸、碳酸酯和聚碳酸酯的生產則已進入示範階段；而像尿素和水楊酸等少數產品已實現商業化。詳細生產階段，請參考圖五。
圖五、從二氧化碳中獲得的增值產品，根據其生產階段進行顏色標註
(2) C2化學品：乙醇
乙醇(Ethanol)是一種可再生燃料，主要由玉米及其他植物原料製成。最初在2004年美國能源部公布的12種具有潛力的生質精煉起始化合物中，乙醇及其衍生物(如醋酸和醋酸酐)被排除在外，因為這些C2化合物與二氧化碳類似，且在石化工業中易於獲得，因此其作為生物質提取化合物的價值較低。然而，隨著市場需求和技術的發展，生物乙醇已經成為最重要的生物基化合物之一。
(4) C4化學品：琥珀酸
琥珀酸(Succinic Acid)是利用可再生原料通過發酵生物質衍生的中間體(如：甘油、糖類和木質纖維糖)來生產的，也可以從化石原料(如：馬來酸、馬來酸酐或富馬酸)合成。其應用範圍極為廣泛，涵蓋製藥(作為活性藥物成分的起始原料和配方添加劑)、食品成分、塗料與顏料、界面活性劑和洗滌劑等多個領域 ---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》457期，更多資料請見下方附檔。