工研院開發的奈米纖維濾膜,獲美國百大科技獎。圖/工研院提供
工研院開發的奈米纖維濾膜,獲美國百大科技獎。圖/工研院提供

新材料循環再生有一個重要概念,就是材料不被廢棄,從最上游的材料設計時即能以最簡單方法、最少能量及成本方式,讓材料可以再次被回收使用,重覆進行各種產品設計,形成材料不丟掉的不斷鏈循環系統,也就是在「開採製造原料→零件製造→產品製造→服務提供→使用者」的過程,將使用過的材料經過「修理、回復、再利用、再製造」等機制後重回到循環鏈上。

循環再生需從材料開發源頭作起,因此在材料設計之初要屏棄傳統一次性使用觀念,從耐久性、可修復性及保固性著手。以航太及汽車、自行車使用的碳纖為例,將樹脂碳纖維化,使其具有「熱固性」,支撐性足夠,但缺點在於固化後無法重複使用;但如將碳纖變成具有「熱塑性」,也就是再加熱後可再次重複使用,這樣的特性可以因應未來在車輛、機器人、運動器材等大量使用需求,透過熱塑性特質就可以重複加熱使用,材料也就不會變成大量廢棄物。

新材料循環再生在發展初期,可能面對成本高及循環斷鏈等問題而不易推動,透過法規配合及政策補助鼓勵廠商投入生產,一旦淘汰或廢棄產品或材料,變成是一個有價物質,廠商將會主動將材料進行重新使用及利用,這就進入自發性經濟行為階段。

目前看來,這波新材料綠色循環趨勢已開始在美國展開,美國能源部提出2020年來自植物作成的生質材料要有10%市占率,2050年要達到50%,這將形成貿易障礙。因應這項來自國際環保及品牌壓力,包括Nike及愛迪達等都已宣布符合法規要求的決心,為其製造的台灣製鞋廠商及紡織產業已深刻感受到這波趨勢,因此,開發符合綠色循環的新材料迫在眉梢。

廢水及廢棄面板 循環商機大

水再生利用是台灣從新材料循環發展找到新機會的切入點,台灣本身是一個很缺水的國家,民生用水卻在日常生活單次使用後放流,如果這些生活汙水經過水科技處理,將水中雜質過濾後可轉作工業用水,搭配海水淡化處理補足民生用水及工業用水的不足,台灣缺水問題應可以解決。

工研院在技術處及水利署支持下,已開發出12項核心水處理技術,並在去年以「奈米纖維濾膜」技術獲美國百大科技獎,目前這些技術移轉80家公司協助其廢水處理,也為100多個高科技及傳統產業提供廢汙水處理,為台灣建立水處理及周邊上中下游產業鏈。

政府最近也積極推動水再生循環應用計畫,近期通過的「再生水發展條例」即是最佳例證,不僅設定短期目標要台灣的水再生循環使用率達到80%,長期將達到100%,終極目標是將工業用水全部來自

循環再生水,最近工研院也向高雄市政府提出規畫案,解決目前缺120萬噸工業用水問題,將民生用水處理再利用,供工業用水使用。

台灣同時也是面板製造大國,每年產出相當大量的面板,工研院與環保署合作,研發出將廢棄面板的液晶回收及玻璃改質為能吸附重金屬廢水的材料,不僅將面板廠剩餘的液晶透過純化技術後,重新回到生產線上使用,不需掩埋處理,亦不會對環境造成損害,同時改良成重金屬廢水處理的新技術,減少面板玻璃廢棄物。

由廢棄面板的玻璃做成的奈米孔洞吸附劑,用於吸附廢水中重金屬,更是比現有重金屬廢水處理技術效果更好、更經濟,此一具備雙重環保概念、讓材料資源不再被浪費丟棄的循環經濟技術,也於近日入選2016 R&D 100 Awards的特別獎。

總而言之,綠色循環經濟需要導入新材料及新技術,才能讓初期成本降低,具有競爭力,產生新的經濟價值,才能創造持續使用動機。

(本文作者為工研院材料與化工研究所所長)

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