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以科技力推进塑胶循环经济再生
数位塑造永续美好生活

【作者: 陳念舜】2023年09月25日 星期一

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虽然2050年净零碳排的愿景看似远在天边,但对於台湾出囗导向的制造业而言,近在眼前的壁垒还在2027年将上路的欧盟「碳税(CBAM)」,除了已扩及终端下游的螺丝等金属扣件业之外,较鲜为人知的其实还有塑胶产业,更应该透过国际展会观察各界因应之道。


根据欧洲议会(European Parliament)已在2022年6月22日投票通过「碳边界调整机制 (Carbon Border Adjustment Mechanism;CBAM)的最新修正提案中,除了原本钢铁、炼油、水泥、有机基础化学品和肥料产业外,再纳入了有机化学、塑胶、氢、氨领域,甚至希??扩大到「间接」,也就是制造者使用电力造成的排碳,藉以加强该提案的气候野心。


其中由於新增有机化学、塑胶等项目,已波及台湾电子制造业上下游都会使用到的产品,依环保署统计台湾每年产出24万公吨的事业塑胶废弃物,却仅有约28%回收再利用,所以当其大力推动产业废弃塑胶的循环利用第一阶段,就是先锁定大量使用不同材质塑胶组合的电子零组件制造业来改善。


环保署指出:「虽然电子业在废塑胶资源化的比例比台湾其他事业高,惟其使用塑胶型态也最多元;且产业塑胶因具有特殊功能需求,比起民生塑胶复杂得多,须要透过产业分离或回收利用等技术,才能有效建立循环模式。」目前废塑胶资源化在电子业的比例约为65%,未来则希??能提高到75%,相当於增加3,000公吨的再利用量。


至於源头自主管理上,如台积电已先表态2025年厂内约有95%废塑胶可达到资源化目标,并在中科成立首座「零废制造中心」;同时规定供应商包材必须符合公司回收规范,截至2021年已回收8,000吨塑胶。封测大厂日月光也喊出2024年达到100%废塑胶资源化的目标,且将分散在不同厂区的塑胶废料皆送往特别成立的「循环资源再生中心」,经过处理後送往厂商再利用。



图1 : 因电子业使用塑胶型态最多元,且产业塑胶具有特殊功能需求,比起民生塑胶复杂得多,必须要透过产业分离或回收利用等技术,才能有效建立循环模式。(source:vishaindustrialplastics.com)
图1 : 因电子业使用塑胶型态最多元,且产业塑胶具有特殊功能需求,比起民生塑胶复杂得多,必须要透过产业分离或回收利用等技术,才能有效建立循环模式。(source:vishaindustrialplastics.com)

杜塞道夫K展管窥全豹 聚焦数位、环保与循环经济

对於台湾以出囗导向为主的中小型塑橡胶加工及制造业者而言,则可透过迄今70年来,每3年一次在德国举行的杜塞道夫K展,一窥全球塑橡胶产业最新材料研发、加工成型聚合物技术和设备,以及全方位应用成功案例与经济实惠的解决方案,选择业界最适合的发展方向。


在最近一届(2022年)举行的K展便以「让塑胶实现更环保生活(Make Plastic Green)」为主题,延续其10年长远以来「用塑胶塑造未来」的潮流,强调塑橡胶产业和其加工制程也肩负着保护地球生态的重要使命,将是塑造更美好生活不可或缺的材料,并分为3大主题:循环经济、数位化、环保作为。


尤其是高分子聚合物比起无机材料有更多优点,且可带来更多发展契机,因为转换聚合物通常不需要消耗太大量能源。有别於传统合成塑胶总会让人想到其原物料所带来的影响,也就是石化能源,这项资源迄今为止都是消耗量世界第一,与全球暖化息息相关。


反之,若少了塑胶技术也会让密切关注全球气候的行动窒碍难行,难以实现轻量化建筑、制造电动汽车、开发风能及太阳能,循环经济更将在其中扮演重要角色;数位化则是推动资讯透明,与促进能源使用效率的必要条件。


虽然聚合物在个别应用的市场中可能会经历动荡,但整个价值链始终相对稳健。举例来说,2018~2019 年,汽车产业就曾出现一些市场波动,尤其各界对电动车的需求与呼声都日益高涨时,汰换使用内燃引勤的汽柴油车逐渐受到关注与讨论。这波浪潮导致塑橡胶产业在汽车领域的规模暂时缩减。与此同时,其他涉及塑橡胶的产业则是在全球各地一反这波颓势,发挥各自实际应用所带来的效益。


1950年至今,聚合物材料的使用量年均成长率超过 8%,大量充斥在日常生活中,变得不可或缺且随处可见。若想扩增建筑和土木相关基础设施发展,在水、电力、供给燃料、绝缘材料、窗框材料等处就都需要工程塑胶,更别提这些项目的材料耗损量就已经在所有材料之中占了将近1/4~1/3比例。


若提到汽车、铁道、机车及航空机械等运输业,像是,尽管其使用的塑橡胶材料数量在总消耗量中占比较少,顶多10%,但由於其技术门槛高,该产业仍能大幅影响关键技术发展。


同理,也适用於医疗应用,因其与人体直接应用的特性,对设备和器材品质要求也很高。此外,许多流通快速的消费品在生产时都会使用到高分子聚合物,例如家电、家具、玩具、各种运动休闲用品等。



图2 : 在最近一届(2022年)举行的K展便以「让塑胶实现更环保生活(Make Plastic Green)」为主题,延续其10年长远以来「用塑胶塑造未来」的潮流。(source:plasticportal.eu)
图2 : 在最近一届(2022年)举行的K展便以「让塑胶实现更环保生活(Make Plastic Green)」为主题,延续其10年长远以来「用塑胶塑造未来」的潮流。(source:plasticportal.eu)

塑胶工业技术发展中心(PIDC)??总经理邱政文进一步指出,基於K展多年来引导全球塑胶加工和设备产业发展,陆续强调资源高效应用(Resource efficiency),让後代可享有同样生活水准;新材料(New materials),克服老龄化社会、气候变化、资源有限的挑战;轻量化解决方案(Lightweight solutions),因应各别在现代交通、能源、建筑产业特点,对能效与可持续发展要求不断提高;工业4.0(Industry 4.0),快速和随之而来的物联网、服务和人员的互联网,将是最重要的竞争力。


经过K展多年来演进工业4.0、数位化的概念,是要经过大量应用云端运算、通讯连网,将整体设备、工厂串连不同场域生产。但在台湾包括塑胶中心、工业局等单位,仍在推动业者在厂区内连结各元件阶段,未来还应加入生产履历,会更接近形成循环经济、环保作为的重要解决方案;甚至将AR/VR等应用科技,导入生产线上监控或教育训练。


中小企业占97% 台湾橡胶数位转型最大挑战

由於加工是塑橡胶市场的核心,将原材料经过成型加工机械处理成产品,支撑起整个产业供应链。因应塑橡胶业广泛应用,常见於典型中小企业的国际加工模式特徵是小规模且大范围。成功的关键要素是以简约商品,尽可能贴近客户地域需求。然而,若要达到更高的绩效,就要能做到不受距离局限,找到最有效的技术解决方案。


例如疫情期间,越符合日常需求的产品,业绩表现自然越好,防疫套组和医护用品生产商等部分终端消费市场甚至能有短期收益。相较之下,多数终端应用市场都受疫情严重影响,许多技术零件制造商在Q2、Q3的表现都很惨澹,汽车用品制造商受到的影响尤其严重。


目前台湾塑橡胶产业数位转型最大问题,便在於全国约有8,815家厂商,数量虽多、产值高达3,817亿元,却有97%属於中小企业;且塑胶加工技术工艺种类多样复杂,目前至少有包括:射出、押出、吹瓶、挤出等15种以上不同成型技术;材料种类多元,包括5大泛用塑胶及复合材料等,其加工条件及叁数控制均不相同。


邱政文指出,其中除了约有10%属於大型集团厂商,已有丰沛转型能量与方向;20%中大型厂商虽有转型方向,仍希??可得到政府协助,建议可直接到政府建置的云市集,采购数位工具,或寻求SI业者合作,投入数位转型;最後70%厂商则虽有转型需求及意愿,却不知转型方向,更需要政府或专业法人协助。


建议中小企业可循着数位化←数位优化←数位转型的路径前行,将智慧制造导入塑胶加工制程及场域,包括:智能排程、制程优化、智能设备及智动化系统,最终实现制程可视化,还要与其他厂商、供应链密切串联;在传统代工之馀,还要会学会掌握材料特性,才能具备「二高一低,提高产率、良率及降低浪费」的存活关键。



图3 : 经过多年来演进工业4.0、数位化的概念,是要经过大量应用云端运算、通讯连网,将整体设备、工厂串连不同场域生产。(source:plasticsindustry.org)
图3 : 经过多年来演进工业4.0、数位化的概念,是要经过大量应用云端运算、通讯连网,将整体设备、工厂串连不同场域生产。(source:plasticsindustry.org)

到了2022年更提出了净零碳排主题(Zero Carbon Emission),涵括了洁净能源、回收塑胶(PCR)、循环经济等议题,同时强调:「如今回收塑胶再利用不只是为了降级应用省成本,还能藉此解决地球暖化危机」;且循环经济的重点应该是在创造「经济」的动能,而非仅止於「循环」。


若将PCR导入现有制程,便要求应接近新材料的品质保证(quality guaranteed),而不被消费者排斥,甚至成为未来加工业的主要材料来源。「环保作为」则是针对净零碳排目标,有赖轻量化解决方案,包含碳纤维和发泡材料技术,以及节能制程。



图4 : 循环经济的重点应该是在创造「经济」的动能,要求PCR应接近新材料的品质保证(quality guaranteed),而不被消费者排斥。(source:shaktiplasticinds.com)
图4 : 循环经济的重点应该是在创造「经济」的动能,要求PCR应接近新材料的品质保证(quality guaranteed),而不被消费者排斥。(source:shaktiplasticinds.com)

GRASS计画 为转型与永续奠基

塑胶中心也为此推出「绿茵计画(GRASS)」,依序分为:Green,追求更有效率的生产制程、更具性价比设计,以及更具环保概念的材料应用;Recycle,即除了传统4R(Reuse、Regenerate、Reduce、Recycle)概念之外,再增加「Re-Think」(包含Re-Define、Re-Design),以重新定义塑胶应用的场域,进而采取回收再利用的设计;Advance,产生先进便利生活化的设计、先进制程、技术整合与材料应用;Smart,研发智能材料、生质材料,加以巧妙应用而实现聪明设计;Safe,最後还须兼顾友善产业环境、使用产品安全及经过检测认证。



图5 : 业界同时积极投入研发轻量化解决方案应用,包括引进玻纤/碳纤长纤化、单向碳纤等先进技术,既不影响制程,又能提升强度(source:backend.ainonline.com)
图5 : 业界同时积极投入研发轻量化解决方案应用,包括引进玻纤/碳纤长纤化、单向碳纤等先进技术,既不影响制程,又能提升强度(source:backend.ainonline.com)

尤其从循环经济的角度来看,并不乐见走到最後掩埋、焚化的地步,而希??在中途分别将石化产品回收再利用、生质高聚合分子材料也能不断循环。现今循环经济已深入价值链的里里外外,同时专注於汽车、航空、医疗技术、电气和电子工程等产业原物料、辅料及零配件,朝向生物聚合物应用、提高资源使用效率、环保节能再利用,以及多元化且可持续性研发产品,为相关产业带来无限潜力。但目前仍有许多电子业废弃塑胶物数量庞大且材质混杂,难以回收再利用,目前多以焚化处理。


业界同时积极投入研发轻量化解决方案应用,针对复合材料、工业碳纤维、纤维强化塑胶等半成品加工时,改善其表面处理、减轻重量、或是更优化的解决方案。包括因此引进玻纤/碳纤长纤化、单向碳纤等先进技术,既不影响制程,又能提升强度;因热塑碳纤复合材料加工的中空结构管件,於亚洲市场需求成长快速,具备未来应用潜力,且可回收再利用与高韧性特色,也将减少产品碳足迹、延长使用寿命;甚至可导入风机叶片芯材应用,能利用具备高强度、轻量化特性的集束发泡(PET Foams)芯材取代传统巴沙轻木,避免影响风机叶片产能。


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