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循環經濟:循環低碳材料新發展

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循環低碳材料的發展

由於循環低碳材料的開發是解決地球資源持續耗竭、氣候暖化、環境變遷等課題的關鍵策略,因此從國際組織到各國政府都積極推動循環低碳材料產業,相關的技術、產品與應用模式進展快速,發展循環低碳材料已成為未來趨勢。

典型的例子如巴西的農民在循環低碳潮流下,種植甘蔗提煉糖蜜,糖蜜經微生物發酵轉化成生質酒精—乙醇,可做為汽車燃料或上游化工材料,例如:乙醇脫水就可得乙烯;乙醇也可經酯化反應產生酯類。這種生質酒精是由二氧化碳經光合作用形成的葡萄糖衍生物—糖蜜轉化而來,若做為汽車燃料,最後經汽車引擎燃燒產生二氧化碳形成封閉循環系統,因此這種系統的碳足跡是零。

若做為上游化工材料,來自生質乙醇的乙烯相較於來自石油的乙烯碳足跡低,不但避免石油裂解製程的高能耗,也減少大量廢水廢氣排放,生成的下游化工材料經燃燒等終端處置後也會產生二氧化碳,可繼續導入碳循環系統中。此外,由於石油資源的日趨緊張,再加上生質乙醇的大規模工業化生產,預期成本相較於石油原料具有競爭性,可逐步進入石化基礎原料領域。

有別於巴西農民種植甘蔗轉化成生質酒精,在美國是以玉米做為轉化成生質酒精的原料。以玉米轉化成生質酒精的製程較為複雜,必須先透過蒸煮方式破壞植物組織取出澱粉,再經過糖化過程把澱粉轉化為糖蜜,然後才進入糖蜜發酵製程製成生質酒精。

雖然經過各國學者與工程師的努力,但上述循環低碳材料在成本與物性上目前仍有改善空間,無法完全取代石油來源的材料,因此亟需開發更高性能與更低成本的循環低碳材料。目前發展中的循環低碳材料還有生質聚對苯二甲酸乙二酯(bio-polyethylene terephthalate, Bio-PET)、生質聚丁二酸丁二醇酯(bio-poly(butylene succinate), Bio-PBS)、固碳乙醇(把二氧化碳直接轉化為乙醇)等。

循環低碳材料產業的展望

自工業革命以來,化石能源(高碳能源)的燃燒使用大幅增加了大氣中溫室氣體二氧化碳的濃度,也嚴重破壞了自然界的碳循環。在漫長的農業社會中,大氣中的二氧化碳濃度一直穩定在280 ppm,但預計到2050年,濃度會達到550 ppm,這將導致全球氣候暖化、冰川融化、海平面上升、病毒增加、物種減少、災害性氣候頻繁等,嚴重擾亂自然生態系統內部的平衡與威脅人類的生存,因此發展循環低碳材料成為刻不容緩的課題。

近年來我國化學產業在國內外的布局面臨重大挑戰,對外面臨新興國家崛起與美國頁岩氣商業化開採成功導致的低價乙烯強力競爭,對內遭遇環保抗爭、新產能擴增計畫無法推動、國光石化停建與中油五輕關廠的衝擊,短期國內乙烯的擴充供應有困難。我國化學材料產業為追求永續發展,可朝高值化循環低碳產品研發的方向邁進,不但兼顧產業與環保,也可實現循環經濟。

期許業者可依據應用市場需求,賦予高值化環保低碳新材料所需功能,朝向加值應用提升與差異化價值發展,並接軌五加二創新研發產業(綠能科技、亞洲矽谷、生技醫療、智慧機械、國防產業、新農業與循環經濟),整合上中下游業者進行循環經濟園區整合、產品策略與應用聯盟,配合政策規範、政府採購及獎勵導引、品牌推動策略、環境友善、安全訴求與國際法規等優勢,創造循環低碳材料及下游應用產業,形成完整產業鏈,拓銷全球市場布局。

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