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高分子循環技術與綠色供應鏈布局

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地球暖化與海洋塑膠汙染為人類面臨的兩大困境。一般而言,廢棄物回收再利用製程並不符合經濟原則。若以最具規模的寶特瓶回收再生系統而言,其量仍遠小於整體泛用高分子製造之龐大數量。唯有注入關鍵技術,點、線、面、體之發揮,乃至影響到整體的產業鏈,達到經濟規模與效益,才能有效降低對環境汙染。
 
本文首先回顧高分子造成汙染之根本因子、高分子化學結構式分類、回收技術盤點,進一步論述以r-PET聚酯交換化學轉化為起始點之「大循環」,建立兩項關鍵技術—①聚酯高分子主鏈之交換合成技術,②二氧化碳轉化單體原料及聚碳酸之製程技術,及其各自延伸應用,再整合兩關鍵技術,大幅度影響碳循環供應鏈。前者可以互換聚酯類材料,將廢棄物變成回收再生的原料;後者乃是利用二氧化碳轉化成原料再製成碳酸酯聚合物,共聚且提升材料功能性,取代另一類不利循環之烯烴聚合物產品。最終可以建立以二氧化碳為主要原料之綠色碳材供應鏈。此嶄新供應鏈不再依賴傳統石化碳源,符合大自然循環的化學法則,同時解決了地球暖化及塑廢汙染二大問題。
 
【內文精選】
前言—地球暖化及塑膠汙染之嚴重性
21世紀人類面臨的困境為塑膠廢棄物之環境汙染嚴重,以及依賴石化原料,大量CO2排放造成地球暖化。此乃因為傳統泛用高分子的產業原本建立在其廉價的基礎上,材料回收(Material Recycling)再利用並不符合量大價低之經濟原則。近年來,因為塑膠垃圾汙染海洋嚴重以及保護大自然的環保意識興起,循環經濟已經成為全球的大趨勢。
 
地球暖化的主因乃是大量地使用石化,製造廉價的高分子材料,而經濟效益上卻未曾考慮到CO2以及廢棄物之環境汙染代價。跳脫只是「廢棄物再利用」思惟,依循大自然法則之「大循環」,(參考〈循環經濟-小循環vs.大循環以解決海洋塑膠汙染問題〉;台灣英文新聞-時評2018),全盤了解高分子材料之化學結構/分解速率,才能規劃整體產業鏈,注入新技術以達到全面之經濟規模。
 
已知之回收技術及新技術建立—酯交換反應關鍵技術
最簡單的高分子材料二次利用是物理法,回收材料可以經過機械粉碎、熔融、成型再第二次使用。目前,機械回收再製已經用於PET、PP、PE等,其已具有成熟設備與技術,尤其在歐洲,例如PET Bottle-to-Bottle重覆使用,或回收PET作成發泡層,取代PS發泡,具隔熱效果,且利於回收再生。物理機械法雖為最簡單的回收再生循環法,但卻侷限於它的經濟效應性及廣泛性,難以解決塑膠廢料的問題。從整體材料的回收考量,必須考慮其化學性質而創新出化學循環法,才可以大幅度減低塑料的生產及增加廢棄物再利用之經濟效益。PET化學循環之經濟效益建立於已存在之回收系統上,寶特瓶回收之體系已建立完整,瓶→瓶、瓶→衣物,及衣物→衣物之循環,過去多年來,在政府研發補助引導下,已完成技術之可行性驗證、量產商業化,是全球循環材料之一範例。
 
-PET/CO2整合高值化材料—建立以CO2碳化學材料供應鏈以及同時解決石化原料及塑膠汙染問題
二氧化碳不應該再被認為是不可逆的最終廢棄氣體,CO2衍生PCPO寡聚碳酸酯合成,為化學循環關鍵技術之一,同時改變傳統的材料製造鏈。傳統上,消耗原油/天然氣/煤能源,排放CO2及塑膠垃圾之累積,是化學碳循環鏈之必經過程,無法避免。惟過去科技之運用,以低廉石油為碳源,忽略循環製程技術。若能注入關鍵技術,利用酯交換以及碳酸酯反應,主鏈可相互交換之「大循環」材料,未來可同時解決石化消耗、塑膠汙染及CO2排放導致地球暖化等問題。

 

林江珍/台灣大學高分子研究所

本文節錄自《工業材料》雜誌404期,加入會員可下載本篇全文
https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=44174

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