高分子循環技術與綠色供應鏈布局
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
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- 來源：
- 工業材料》雜誌404期
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