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以科技力推進塑膠循環經濟再生
數位塑造永續美好生活
[作者 陳念舜]   2023年09月25日 星期一 瀏覽人次: [33980]

雖然2050年淨零碳排的願景看似遠在天邊,但對於台灣出口導向的製造業而言,近在眼前的壁壘還在2027年將上路的歐盟「碳稅(CBAM)」,除了已擴及終端下游的螺絲等金屬扣件業之外,較鮮為人知的其實還有塑膠產業,更應該透過國際展會觀察各界因應之道。


根據歐洲議會(European Parliament)已在2022年6月22日投票通過「碳邊界調整機制 (Carbon Border Adjustment Mechanism;CBAM)的最新修正提案中,除了原本鋼鐵、煉油、水泥、有機基礎化學品和肥料產業外,再納入了有機化學、塑膠、氫、氨領域,甚至希望擴大到「間接」,也就是製造者使用電力造成的排碳,藉以加強該提案的氣候野心。


其中由於新增有機化學、塑膠等項目,已波及台灣電子製造業上下游都會使用到的產品,依環保署統計台灣每年產出24萬公噸的事業塑膠廢棄物,卻僅有約28%回收再利用,所以當其大力推動產業廢棄塑膠的循環利用第一階段,就是先鎖定大量使用不同材質塑膠組合的電子零組件製造業來改善。


環保署指出:「雖然電子業在廢塑膠資源化的比例比台灣其他事業高,惟其使用塑膠型態也最多元;且產業塑膠因具有特殊功能需求,比起民生塑膠複雜得多,須要透過產業分離或回收利用等技術,才能有效建立循環模式。」目前廢塑膠資源化在電子業的比例約為65%,未來則希望能提高到75%,相當於增加3,000公噸的再利用量。


至於源頭自主管理上,如台積電已先表態2025年廠內約有95%廢塑膠可達到資源化目標,並在中科成立首座「零廢製造中心」;同時規定供應商包材必須符合公司回收規範,截至2021年已回收8,000噸塑膠。封測大廠日月光也喊出2024年達到100%廢塑膠資源化的目標,且將分散在不同廠區的塑膠廢料皆送往特別成立的「循環資源再生中心」,經過處理後送往廠商再利用。



圖1 : 因電子業使用塑膠型態最多元,且產業塑膠具有特殊功能需求,比起民生塑膠複雜得多,必須要透過產業分離或回收利用等技術,才能有效建立循環模式。(source:vishaindustrialplastics.com)
圖1 : 因電子業使用塑膠型態最多元,且產業塑膠具有特殊功能需求,比起民生塑膠複雜得多,必須要透過產業分離或回收利用等技術,才能有效建立循環模式。(source:vishaindustrialplastics.com)

杜塞道夫K展管窺全豹 聚焦數位、環保與循環經濟

對於台灣以出口導向為主的中小型塑橡膠加工及製造業者而言,則可透過迄今70年來,每3年一次在德國舉行的杜塞道夫K展,一窺全球塑橡膠產業最新材料研發、加工成型聚合物技術和設備,以及全方位應用成功案例與經濟實惠的解決方案,選擇業界最適合的發展方向。


在最近一屆(2022年)舉行的K展便以「讓塑膠實現更環保生活(Make Plastic Green)」為主題,延續其10年長遠以來「用塑膠塑造未來」的潮流,強調塑橡膠產業和其加工製程也肩負著保護地球生態的重要使命,將是塑造更美好生活不可或缺的材料,並分為3大主題:循環經濟、數位化、環保作為。


尤其是高分子聚合物比起無機材料有更多優點,且可帶來更多發展契機,因為轉換聚合物通常不需要消耗太大量能源。有別於傳統合成塑膠總會讓人想到其原物料所帶來的影響,也就是石化能源,這項資源迄今為止都是消耗量世界第一,與全球暖化息息相關。


反之,若少了塑膠技術也會讓密切關注全球氣候的行動窒礙難行,難以實現輕量化建築、製造電動汽車、開發風能及太陽能,循環經濟更將在其中扮演重要角色;數位化則是推動資訊透明,與促進能源使用效率的必要條件。


雖然聚合物在個別應用的市場中可能會經歷動盪,但整個價值鏈始終相對穩健。舉例來說,2018~2019 年,汽車產業就曾出現一些市場波動,尤其各界對電動車的需求與呼聲都日益高漲時,汰換使用內燃引勤的汽柴油車逐漸受到關注與討論。這波浪潮導致塑橡膠產業在汽車領域的規模暫時縮減。與此同時,其他涉及塑橡膠的產業則是在全球各地一反這波頹勢,發揮各自實際應用所帶來的效益。


1950年至今,聚合物材料的使用量年均成長率超過 8%,大量充斥在日常生活中,變得不可或缺且隨處可見。若想擴增建築和土木相關基礎設施發展,在水、電力、供給燃料、絕緣材料、窗框材料等處就都需要工程塑膠,更別提這些項目的材料耗損量就已經在所有材料之中占了將近1/4~1/3比例。


若提到汽車、鐵道、機車及航空機械等運輸業,像是,儘管其使用的塑橡膠材料數量在總消耗量中占比較少,頂多10%,但由於其技術門檻高,該產業仍能大幅影響關鍵技術發展。


同理,也適用於醫療應用,因其與人體直接應用的特性,對設備和器材品質要求也很高。此外,許多流通快速的消費品在生產時都會使用到高分子聚合物,例如家電、家具、玩具、各種運動休閒用品等。



圖2 : 在最近一屆(2022年)舉行的K展便以「讓塑膠實現更環保生活(Make Plastic Green)」為主題,延續其10年長遠以來「用塑膠塑造未來」的潮流。(source:plasticportal.eu)
圖2 : 在最近一屆(2022年)舉行的K展便以「讓塑膠實現更環保生活(Make Plastic Green)」為主題,延續其10年長遠以來「用塑膠塑造未來」的潮流。(source:plasticportal.eu)

塑膠工業技術發展中心(PIDC)副總經理邱政文進一步指出,基於K展多年來引導全球塑膠加工和設備產業發展,陸續強調資源高效應用(Resource efficiency),讓後代可享有同樣生活水準;新材料(New materials),克服老齡化社會、氣候變化、資源有限的挑戰;輕量化解決方案(Lightweight solutions),因應各別在現代交通、能源、建築產業特點,對能效與可持續發展要求不斷提高;工業4.0(Industry 4.0),快速和隨之而來的物聯網、服務和人員的互聯網,將是最重要的競爭力。


經過K展多年來演進工業4.0、數位化的概念,是要經過大量應用雲端運算、通訊連網,將整體設備、工廠串連不同場域生產。但在台灣包括塑膠中心、工業局等單位,仍在推動業者在廠區內連結各元件階段,未來還應加入生產履歷,會更接近形成循環經濟、環保作為的重要解決方案;甚至將AR/VR等應用科技,導入生產線上監控或教育訓練。


中小企業占97% 台灣橡膠數位轉型最大挑戰

由於加工是塑橡膠市場的核心,將原材料經過成型加工機械處理成產品,支撐起整個產業供應鏈。因應塑橡膠業廣泛應用,常見於典型中小企業的國際加工模式特徵是小規模且大範圍。成功的關鍵要素是以簡約商品,儘可能貼近客戶地域需求。然而,若要達到更高的績效,就要能做到不受距離侷限,找到最有效的技術解決方案。


例如疫情期間,越符合日常需求的產品,業績表現自然越好,防疫套組和醫護用品生產商等部分終端消費市場甚至能有短期收益。相較之下,多數終端應用市場都受疫情嚴重影響,許多技術零件製造商在Q2、Q3的表現都很慘澹,汽車用品製造商受到的影響尤其嚴重。


目前台灣塑橡膠產業數位轉型最大問題,便在於全國約有8,815家廠商,數量雖多、產值高達3,817億元,卻有97%屬於中小企業;且塑膠加工技術工藝種類多樣複雜,目前至少有包括:射出、押出、吹瓶、擠出等15種以上不同成型技術;材料種類多元,包括5大泛用塑膠及複合材料等,其加工條件及參數控制均不相同。


邱政文指出,其中除了約有10%屬於大型集團廠商,已有豐沛轉型能量與方向;20%中大型廠商雖有轉型方向,仍希望可得到政府協助,建議可直接到政府建置的雲市集,採購數位工具,或尋求SI業者合作,投入數位轉型;最後70%廠商則雖有轉型需求及意願,卻不知轉型方向,更需要政府或專業法人協助。


建議中小企業可循著數位化→數位優化→數位轉型的路徑前行,將智慧製造導入塑膠加工製程及場域,包括:智能排程、製程優化、智能設備及智動化系統,最終實現製程可視化,還要與其他廠商、供應鏈密切串聯;在傳統代工之餘,還要會學會掌握材料特性,才能具備「二高一低,提高產率、良率及降低浪費」的存活關鍵。



圖3 : 經過多年來演進工業4.0、數位化的概念,是要經過大量應用雲端運算、通訊連網,將整體設備、工廠串連不同場域生產。(source:plasticsindustry.org)
圖3 : 經過多年來演進工業4.0、數位化的概念,是要經過大量應用雲端運算、通訊連網,將整體設備、工廠串連不同場域生產。(source:plasticsindustry.org)

到了2022年更提出了淨零碳排主題(Zero Carbon Emission),涵括了潔淨能源、回收塑膠(PCR)、循環經濟等議題,同時強調:「如今回收塑膠再利用不只是為了降級應用省成本,還能藉此解決地球暖化危機」;且循環經濟的重點應該是在創造「經濟」的動能,而非僅止於「循環」。


若將PCR導入現有製程,便要求應接近新材料的品質保證(quality guaranteed),而不被消費者排斥,甚至成為未來加工業的主要材料來源。「環保作為」則是針對淨零碳排目標,有賴輕量化解決方案,包含碳纖維和發泡材料技術,以及節能製程。



圖4 : 循環經濟的重點應該是在創造「經濟」的動能,要求PCR應接近新材料的品質保證(quality guaranteed),而不被消費者排斥。(source:shaktiplasticinds.com)
圖4 : 循環經濟的重點應該是在創造「經濟」的動能,要求PCR應接近新材料的品質保證(quality guaranteed),而不被消費者排斥。(source:shaktiplasticinds.com)

GRASS計畫 為轉型與永續奠基

塑膠中心也為此推出「綠茵計畫(GRASS)」,依序分為:Green,追求更有效率的生產製程、更具性價比設計,以及更具環保概念的材料應用;Recycle,即除了傳統4R(Reuse、Regenerate、Reduce、Recycle)概念之外,再增加「Re-Think」(包含Re-Define、Re-Design),以重新定義塑膠應用的場域,進而採取回收再利用的設計;Advance,產生先進便利生活化的設計、先進製程、技術整合與材料應用;Smart,研發智能材料、生質材料,加以巧妙應用而實現聰明設計;Safe,最後還須兼顧友善產業環境、使用產品安全及經過檢測認證。


尤其從循環經濟的角度來看,並不樂見走到最後掩埋、焚化的地步,而希望在中途分別將石化產品回收再利用、生質高聚合分子材料也能不斷循環。現今循環經濟已深入價值鏈的裡裡外外,同時專注於汽車、航空、醫療技術、電氣和電子工程等產業原物料、輔料及零配件,朝向生物聚合物應用、提高資源使用效率、環保節能再利用,以及多元化且可持續性研發產品,為相關產業帶來無限潛力。但目前仍有許多電子業廢棄塑膠物數量龐大且材質混雜,難以回收再利用,目前多以焚化處理。



圖5 : 業界同時積極投入研發輕量化解決方案應用,包括引進玻纖/碳纖長纖化、單向碳纖等先進技術,既不影響製程,又能提升強度(source:backend.ainonline.com)
圖5 : 業界同時積極投入研發輕量化解決方案應用,包括引進玻纖/碳纖長纖化、單向碳纖等先進技術,既不影響製程,又能提升強度(source:backend.ainonline.com)

業界同時積極投入研發輕量化解決方案應用,針對複合材料、工業碳纖維、纖維強化塑膠等半成品加工時,改善其表面處理、減輕重量、或是更優化的解決方案。包括因此引進玻纖/碳纖長纖化、單向碳纖等先進技術,既不影響製程,又能提升強度;因熱塑碳纖複合材料加工的中空結構管件,於亞洲市場需求成長快速,具備未來應用潛力,且可回收再利用與高韌性特色,也將減少產品碳足跡、延長使用壽命;甚至可導入風機葉片芯材應用,能利用具備高強度、輕量化特性的集束發泡(PET Foams)芯材取代傳統巴沙輕木,避免影響風機葉片產能。


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