【綠色觀點】面對生質材料商機,臺灣的技術壁壘準備好了嗎?

你對 PLA 了解多少? 生質材料的產業鏈一樣分為上、中、下游,以最常見的生質材料聚乳酸(PLA)為例,產業的上游就是生產出一顆顆的 PLA 樹脂粒,對於這種粒狀的原物料,有一個很有學問的專有名詞,稱為基礎材料(building block)⋯⋯
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Photo Credit: Vincent Guth @vingtcent on Unsplash
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本文作者郭家倫,一個夢想家,即使發現現實中有許多的妥協與幻滅,仍然長期致力研究國內生質精煉技術與產業推動發展,專業領域為環境工程、生質能及生質化學品,目前擔任核能研究所化學組綠色化學領域的計畫主持人,也是綠學院的綠色帶路人。

原文刊登於 綠學院 ,INSIDE 獲授權轉載。

這幾個月從我們 生質材料 一系列文章的點閱數字看來,我感覺對綠色產業有興趣的人,已經可以用邏輯思考許多問題,這使我這個工程師很振奮, 上一篇 我們談塑膠回收的技術,今天我將再接再厲談談生質材料(或稱為生質塑膠)的技術,以及回答臺灣除了再生塑膠的加工技術具有國際水準外,我們的技術水準是否在生質材料市場,也有放手一搏的競爭機會?

我不喜歡給讓所有人都不生氣的答案,也不想跟你回頭討論生質材料產業到底要不要發展,我將給你一個確定的、負責任的答案,也就是要如何發展的解方。

以生質材料取代傳統塑膠,對解決地球暖化肯定有幫助,也是一定要走的方向

我之所以敢這麼說,是因為只要看一下以下的數字,就會明白繼續使用石油與天然氣,即使我們再努力節電,都只是做功德,全球歷年來累積的二氧化碳排放量還是會不斷增加,說什麼地球暖化可以解決根本是自己騙自己,

  1. 全球 80~90% 的二氧化碳排放量來自煤、石油、天然氣等化石資源,
  2. 全球每年的二氧化碳排放量約 370 億噸,
  3. 全球每年每人平均二氧化碳排放量約 4.5 噸,目前世界總人口約 74 億人,4.5 噸 X 74 億人= 333 億噸,不需要太高的智商就可知大部分的二氧化碳排放量是來自人類的活動,
    解方是什麼呢?除了減量(reduction)之外,我們還需要取代(replace)與碳中和(neutralization)這兩種策略。

取代是指用別的低碳/零碳資源取代煤、石油與天然氣,而碳中和是要找到吸碳或補碳的方法,去抵銷掉額外的排碳量。所以當我們用低碳的生質材料取代傳統石化塑膠,就是一種取代策略;當我們種樹、種植各種作物,增加很多生質原料,就是一種碳中和策略。

生質材料產業的創意發展路徑就是將生技業與化工業異業結合

其實生質材料發展很有趣,我們先從產業鏈的角度來看。生質材料的產業鏈一樣分為上、中、下游,以最常見的生質材料聚乳酸(PLA)為例,產業的上游就是生產出一顆顆的 PLA 樹脂粒,對於這種粒狀的原物料,有一個很有學問的專有名詞,稱為基礎材料(building block)。接下來由於 PLA 的材料特性,因此會與特定比例的其他種類生質材料混合摻配,形成一種新的複方生質材料,這部分的配方設計與生產就是產業的中游負責。至於產業的終端就是用其複方生質材料生產吸管、環保塑膠袋、雞蛋包裝盒等各式 PLA 產品。

接下來我們開始來談比較硬底子的上游端生產技術內容,這類的技術種類及組合太多,族繁不及備載,因此我只給大家一個想像,那就是生技業與化工業的異業合作。以 PLA 來說明,大家想到生技業,就會想到用微生物發酵技術去生產健康食品,在 PLA 樹脂粒的生產過程中也是使用同一種邏輯,只是用微生物發酵技術去生產乳酸,然後再使用化工業的技術,例如用純化技術去除乳酸雜質,用高溫催化劑將液態的乳酸合成為固體狀的聚乳酸。

沒錯,你會發現關鍵技術就是微生物發酵與化工的製程技術,這方面在臺灣已經有很好的基礎,只不過目前微生物研究多偏向醫藥與健康食品,一般稱為紅色生技;若用於生質材料、生質能源等工業及能源應用,就稱為白色生技。目前化工製程技術多應用於一般傳統化工及石油煉製業,若使用生質原料、生質材料,就會轉型至生質精煉產業(biorefinery)。

從技術可行性來看,幾乎絕大部分的傳統石化塑膠,都可用生質材料取代,只是最大的問題是傳統石化塑膠技術太好太便宜了,生產成本大多只要生質材料的三分之一甚至更低。因此目前真正進入商業量產的生質材料種類其實相當有限,以 30% 組成被生質材料取代的 Bio-PET、PLA、PHA 等最具代表性,另外澱粉、纖維素也直接做為生質材料,至於 PEF、PBS 等其他生質材料,則大多仍在試量產或小量生產階段。

因此,雖然大家最常聽到的生質材料是 PLA,但實際上並非 PLA 有完美的材料特性,只是因 PLA 的生產成本,相對於其他生質材料,算是比較「親民」,所以才被廣泛運用,這告訴我們一個事實,那就是生質材料還有無限的技術發展空間,開發出新的生質材料就是找到一片藍海,不論是在生產部分,還是在循環再利用部分。

掌握改質技術,臺灣在生質材料產業找到了自己的定位

這整條生質材料上中下供應鏈的流程就跟之前文章《面對塑膠循環經濟,我們的技術壁壘準備好了嗎?》提到的廢塑膠回收加工流程很像,因此臺灣在生質材料產業鏈中同樣也是掌握改質及產品加工的優勢,我們缺乏的則是上游供應端。

這很重要嗎?當然重要,因為生質材料除了種類不同外,其實因應下游端的產品需求,上游端生產的基礎材料也會衍生不同規格,唯有能掌握供應端的規格,下游端才有辦法去生產有市場區隔性的產品,才能找到競爭優勢的切入點,所以臺灣若要在生質材料市場占有一席之地,從已有良好基礎的中下游端,延伸至上游供應端,是一定要走的方向。

最後來看要在哪裡建立供應端的產業呢?這部分我們就要有全球佈局的視野,因為生質材料的生產成本,有很大的比例是取決於生質原料的取得成本,所以像南亞、東南亞這些生質原料豐沛、低廉的地區,就是很好的發展地點,而地狹人稠的臺灣相對上就沒有這種優勢。因此未來若能在這些料源豐富地區,發展上游端產業,將所生產的基礎材料運送到臺灣,給中下端的產業生產生質塑膠產品,就是一個可行且很有機會的發展模式。

這不是跟我們的石化業很像嗎?從國外買石油當原料,然後在國內加工生產,啊哈,正是如此。

走筆至此,讓我再多說一句,臺灣目前生技人才就業市場趨於飽和,傳統石油煉製與化工業也面臨轉型,既然已經有類似專業的人才基底,發展生質材料產業絕對有競爭力。生質材料有明確的供需,技術的發展又是現在進行式,沒有像太陽能材料的轉換效率有 Shockley- Queisser 極限,只要投入足夠的研發能力,搭配產業基礎,以及找回我們上一代人剛搬遷到臺灣時的雄心壯志,定可引領世界的生質材料產業。

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