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2050年走向淨零家園

2050年走向淨零家園

張玉圓

科技

工業技術與資訊

2021-06-16

溫室效應對環境衝擊日益劇烈,為減緩溫室效應帶來的氣候變遷,國際企業科技龍頭紛紛加入RE100倡議,各國政府也宣布在2050年達到淨零碳排。在全球產業鏈扮演重要地位的臺灣,要如何因應淨零碳排挑戰呢?

2050淨零碳排
以科技力擘畫臺灣的低碳轉型

 

2021年全球能源相關碳排量將出現史上次高年增幅,所幸全球再生能源占比持續上升,今年可達發電量的3成,主力來自太陽光電及風力發電。

 

根據世界經濟論壇發布的《全球風險報告》,全球十大風險中,半數與氣候變遷有關。工研院日前舉辦「極端氣候下的新常態-以新興科技達成淨零碳排的機會與挑戰論壇」,攜手產官學研宣示朝「2050淨零碳排」努力,透過新興科技共創永續共生的未來。

 

國際能源總署(IEA)日前發表最新全球能源報告(Global Energy Review 2021),預估2021年全球能源相關碳排量將出現史上次高年增幅,達4.8%,幾乎抵銷2020年因疫情而減少的碳排量。主要原因是各國振興計畫與疫苗普及,可望帶動經濟復甦,連帶推升能源需求。

 

2021年經濟復甦 碳排也增加

 

IEA估算,今年全球能源使用量將年增4.6%,重返疫前高峰。這個現象在新興市場尤其明顯,全球近7成能源需求增量,來自開發中國家,光是中國就占了全球用電增量的一半。好消息是,全球再生能源占比持續上升,今年可達發電量的3成,主力來自太陽光電及風力發電,各成長17%~18%。

 

全球碳排重返上升軌道,眼看巴黎氣候協定正負1.5度的溫控建議即將失守,世界各地極端氣候頻仍,危機如此迫切,人類該如何因應?工研院舉辦「極端氣候下的新常態-以新興科技達成淨零碳排的機會與挑戰論壇」,從供給、使用、製造、環境等面向來探討,邀請產官學研專家同台座談,分享最新減碳趨勢,並為臺灣達成「2050淨零碳排」,提出可能路徑與解法。

 

工研院日前舉辦「極端氣候下的新常態-以新興科技達成淨零碳排的機會與挑戰論壇」,攜手產官學研宣示朝「2050淨零碳排」努力。圖左起為台灣電力公司董事長楊偉甫、台泥企業集團董事長張安平、工研院院長劉文雄、友嘉集團總裁朱志洋、循環台灣基金會董事長黃育徵。
 

減碳有賴科技力 國際路徑在地化

 

世界經濟論壇直指,科技創新是實現淨零碳排的重要關鍵。工研院作為產業科技研發機構,率先成立「淨零永續策略辦公室」,工研院副院長,同時身兼淨零永續策略辦公室主任的彭裕民,援引英國、日本減碳政策,從中盤點出臺灣已有基礎或極具潛力的新興科技,透過加強研發,引導產業綠色轉型。

 

彭裕民說明,英國政府將淨零碳排視為「綠色工業革命」,訂出10項子計畫,其中零碳排車輛、先進離岸風電、綠色運輸、碳捕存再利用、低碳氫能、綠色建築等項目,是臺灣已具基礎可導入的領域;日本的「2050綠色成長策略」,則鎖定發展節能半導體、次世代太陽能、碳回收、氫能、離岸風力、資源循環回收、電動車及蓄電池等技術,也屬於臺灣具競爭力的項目。

 

「上述領域,有許多創新科技尚在研發中,這正是臺灣的機會與優勢所在;我們可以參考國際的減碳路徑,用在地化的型態來完成,」彭裕民說。

 

除了科技力,臺灣如何透過政策引導,帶動能源部門、產業,乃至一般大眾一起投入?座談中也請到經濟部能源局、台灣電力公司、台灣綠電應用協會、循環台灣基金會分別就各自領域提出看法。

 

日本的「2050綠色成長策略」鎖定發展節能半導體、次世代太陽能、電動車及蓄電池等技術,也屬於臺灣具競爭力的項目。
 

碳關稅箭在弦上 政策配套蓄勢待發

 

經濟部能源局主任秘書翁素真指出,2050淨零排碳預期將成為今年底COP26之倡議主軸,而依過往經驗各國減碳承諾只有加碼、再加碼;歐盟與美國官方將規劃近年實施碳境調整機制(俗稱碳關稅);此外,民間方面,全球企業倡導國際綠色供應鏈、RE100、EP100、EV100等倡議,可預見淨零技術競爭與需求會愈來愈迫切,我國製造業以出口為導向,更須應積極因應,以維持產業國際供應鏈競爭力及地位。

 

從政府角度來看,翁素真認為,「要達成2050淨零碳排是需要系統性的翻轉,以及全方位與不同層次的策略作法。政府不僅考慮長期願景規劃,也須兼顧短期的過渡政策與配套,才可回應產業更短期、更迫切性之產業國際競爭力需求。」

 

「以臺灣的產業為例,面對歐盟的碳邊境調整稅,政府準備工作,包括碳管理機制、碳足跡的認可,這些認證能量到位之後,產品出口才有機會爭取貿易協商空間。此外,彈性提供企業取得充足的綠電、降低產品碳足跡,也是政府的責任,企業本身也要主動積極透過各式減碳路徑,才有機會維持國際競爭力,」翁素真說明。

 

能源供給端減碳 台電多管齊下

 

企業營運少不了電,能源產業不論在全球或臺灣,都是碳排大宗。台灣電力公司董事長楊偉甫表示,台電每月盤點碳排量行之有年,未來從發電廠到輸配電系統,都要達到零碳排,可採取的減碳路徑包括綠色能源、技術創新與智慧調度等。

 

他也舉例,台電投入碳捕存技術,捕捉下來的碳可用來養藻,再放回海洋,完成循環經濟的周期;台電也與業界合作開發儲能方案,並在金門打造智慧電網,24小時監控再生能源的發電狀況,以便未來再生能源大量併網時,可達成精準預測,進行最妥善的電力調度。

 

「當科技的創新出現時,我們就能發展獨特的強項,這波從能源轉型走向淨零碳排的路上,也是另一個契機的開始,」楊偉甫說。

 

政策引導、技術培植 助製造端淨零達標

 

因應供應鏈採用綠電的趨勢,台灣綠電應用協會積極打造綠電交易平台,作為該協會首屆理事長,友嘉集團總裁朱志洋呼籲,「臺灣要在全民共識下達成2050淨零碳排,政府是最重要的平台之一,須以明確政策引導企業與消費者,」例如獎勵減碳製程設備更新、提供投資抵減、鼓勵金融體系對淨零碳排進行中長期的資金挹注。

 

朱志洋補充,關鍵技術的培植也不可忽視,淨零倡議帶來電動車、太陽光電、風能等新商機,但上述產業關鍵零組件仍須從國外引進,若政府能鼓勵相關研發,不僅有助達成淨零目標,也可帶動產業價值再提升。

 

「公協會是凝聚產業共識的重要力量,可號召業界一同為綠電及減碳努力,」朱志洋說,臺灣綠電應用協會邀請國內工商團體共商綠電產業發展,包括工總、商總等主要公協會,對綠電及淨零碳排均表示高度支持,反映業界對淨零趨勢已有共識。朱志洋指出,「媒體的角色也至為關鍵,應持續宣揚淨零碳排的重要性,帶動產業加速達標。」

 

淨零倡議帶來電動車、太陽光電、風能等新商機,但其關鍵零組件仍須從國外引進,若政府能鼓勵相關研發,不僅有助達成淨零目標,也可帶動產業價值再提升。

 

原創思維 從使用端降低需求

 

從使用端減碳是最有效,卻也最需要投入心力長期教育的。循環台灣基金會董事長黃育徵指出,臺灣年碳排量約3億噸,若要在2050年歸零,需先了解食衣住行育樂、公共建設等各部門的碳排,分別制定減碳計畫;其次,針對關鍵產業,則訂定供應鏈的整體排放目標,例如資通訊或紡織業,從原物料、製程、運籌到雲端平台,整體碳排放量是多少?減碳路徑為何?運用科學數據,確實落實減碳。

 

「我們必須以原創思維,從使用端降低需求,並建立環境使命感,」黃育徵語重心長的表示,未來30年全球人口將翻倍、對資源的需求更龐大;過程中,臺灣若能打造原創模式,便有機會領導全球。舉例來說,節能設備不賣只租,既可減少客戶的資本支出,還能催生與產品擁有權脫勾的原創商業模式,擺脫既往的物質流產業,走向服務型與知識型產業。黃育徵建議,公部門及國營事業可導入「循環採購」概念,做民間示範,此模式未來還能輸出到其他國家,讓世界看到不一樣的臺灣。

 

工研院技術創新 淨零超前部署

 

為達2050淨零目標,工研院提出三大策略建議。工研院綠能與環境研究所副所長萬皓鵬表示,考量國內外2050淨零碳排需求,淨零排放目標,應以產業發展為主,設定符合各產業需求目標。他並提出三大發展策略,提供政府或產業參考。

 

首先是調整能源結構、提升綠能占比:電氣化、低碳能源為重點。在2050淨零碳排情境下,重新擘劃能源結構;二是持續創新技術、引導產業轉型,如:工研院與業界合作的「穿隧氧化鈍化接觸太陽電池」,效率達23.5%,可在較少土地下,獲得更多電力;三是淨零碳排的超前部署:工研院成立淨零永續策略辦公室,預想2050的社會情境,根據未來需求發展創新技術。例如去年結合跨域研發能量,投入氫經濟及氫能源規劃,為未來的綠能社會再添生力軍。

 

最後,萬皓鵬並提到,經濟部與工研院於臺南沙崙設置的綠能科技示範場域,就是以綠色能源發展為核心,鏈結國際領先技術,進行創新技術驗證及試量產。包括結合綠能、儲能之區域能源管理及電力調度、高值化綠能產品試量產製程、零耗能建築技術等平台,以協助產業綠能轉型。

 

綜觀各方建言,工研院院長劉文雄以邁向淨零碳排三大重點做出結論:一是需要創新科技,「不能以今天的科技來解決明天的問題」;二是從日常生活到產業營運,都必須減少需求才能降低碳排,既有的做法必須徹底改變;第三是達成「2050淨零碳排」有賴每個人、每個部門、每個國家的投入,沒有人能置身事外。

 

於沙崙設置的綠能科技示範場域,以綠色能源發展為核心,進行創新技術驗證及試量產。圖為工研院攜手產業打造的透過綠能發電、儲能、深度節能及智慧能源管理技術的「節能展示屋」。

 

前瞻技術推動循環經濟

廢液晶玻璃助電鍍業高值化

 

工研院與彰濱工業區的電鍍業者歷經多年的努力,已發展出最具效率、可商轉的重金屬廢水處理系統,共創水資源與產業雙贏。

 

淋漓盡致的物盡其用!工研院將廢棄液晶面板中的玻璃,進行奈米化處理,變身為重金屬吸附材,估計每年可讓30萬公噸以上的電鍍製程水重複再利用、減少三分之一重金屬的產生,開拓1.2億元以上的循環經濟價值,是科技落實於產業,兼顧經濟及環境的最佳典範。

 

走進位於彰濱工業區的吉祥電鍍公司,廢水處理場域宛如高科技廠房一般乾淨,一座座比人還高的金屬過濾桶,串連成廢水處理系統,不論是鍍鎳、鍍銅、鍍鉻……各種電鍍製程所產生的重金屬廢水,只要流經這套系統,就能完全去除,獲得潔淨的再生水,重返工廠循環使用。

 

這個場景大大的顛覆了電鍍產業的高汙染形象。以往電鍍產業被視為高汙染產業,廢水處理必須加入化學藥劑,產生大量重金屬汙泥,需加以燒結才能去除其中的銅、鉻、鎳等重金屬,不僅處理成本高,對環境也可能造成極大風險,因此政府主管機關與業者一直在尋找高效能、低成本、低汙染的水處理技術。工研院獨門研發的「LCD玻璃奈米孔洞材料」,讓廢棄的面板玻璃華麗變身,成為能夠吸附重金屬的奈米材料。

 

廢面板玻璃變身 吸附重金屬

 

早在5、6年前,工研院便與彰濱工業區的電鍍業者合作試行,歷經多年的努力,已發展出最具效率、可商轉的重金屬廢水處理系統,於1年多前正式導入彰濱工業區,以實際成果證明這項技術的循環效益,日前在環保署的推動下,工研院與彰濱工業區、表面處理公會等產研單位,一同宣布這個獨步全球的傲人成果。

 

環保署資源回收管理基金管理會執行秘書顏旭明表示,2013年環保署便與工研院合作開發「廢液晶面板再利用處理系統」,這項技術先將液晶從廢棄LCD面板中取出,回歸面板製造;如今又替面板玻璃找到高值化應用—將電鍍廢水轉為潔淨工業用水,「透過創新科技賦予廢棄品新生命,每年節省不少水資源及汙水處理費用,也因此讓資源的循環更徹底,扭轉電鍍產業形象,讓業者營運更環保永續。」

 

奈米過濾 電鍍廢水轉為潔淨水

 

帶領團隊,研發這項技術的工研院材料與化工研究所組長洪煥毅指出,「LCD玻璃奈米孔洞材料」將電鍍廢水轉化為乾淨的再生水,其原理是將面板玻璃加以奈米孔洞化,表面積膨脹50到100萬倍,使得1公克的玻璃攤開後的表面積,便足以形成半個籃球場的大小,吸附力極強。

 

LCD面板採用的是硼矽玻璃,因為熔點高,難以與其他玻璃一起回收,過去難以循環利用。學理上來說,玻璃並無法吸附重金屬,但工研院研發精密熱處理技術將LCD玻璃改質,並在其上製造出無數個奈米大小且具有吸附重金屬能力的孔洞,再優化其組成結構,就能用來過濾重金屬廢水。

 

例如,此次應用於彰濱工業區吉祥電鍍廠的廢水處理系統,當製程水進入系統時,水中的銅、鎳、鉻就會停留在吸附材料的孔洞內,只剩下潔淨水通過,再回歸到電鍍製程重複使用。一旦吸附材料飽和,可將金屬脫附分離,加以回收使用;或者已吸附金屬的孔洞材料可轉做其他應用,例如吸水抗菌材料等等。

 

廢液晶面板再利用處理系統也在2017年獲得「全球百大科技研發獎」(R&D 100 Awards)及「綠色科技特殊貢獻獎」,透過創新科技,解決全球廢棄面板無法妥善去化的問題。當今人類生活中,處處是液晶面板的應用,從電視、筆電、手機、廣告看板等,無所不在;臺灣是全球面板前三大生產國,如何面對每年逾8,000噸廢液晶面板的產出,便成了工研院積極投入的重大課題。

 

工研院將LCD玻璃改質,製造出無數個奈米大小且具有吸附重金屬能力的孔洞,再優化其組成結構,就能用來過濾重金屬廢水。
 

國際大獎肯定 經業界驗證成功商轉

 

面板的組成要件,以液晶、玻璃及重金屬銦等3項對環境的危害最大。以往廢棄面板多採掩埋、燃燒或者打碎製成陶瓷磚瓦用之胚土粒料。然而,液晶被封存且附著於兩片玻璃基板內,玻璃基板難以與液晶分離再利用。另一方面,液晶是由苯環、環己烷、鹵素等有毒物質構成,能滲入土壤、地下水,甚至經由燃燒飄散至空氣中,是極為嚴重的汙染源之一。

 

工研院投入10年時間開發出的「廢液晶面板再利用處理系統」,針對液晶、玻璃、銦各自提出解決之道。首先是液晶及銦,藉由分離、萃取、純化等多道程序,成功回歸面板製程再利用,多項相關技術已技轉給國內面板大廠群創。

 

此次環保署、工研院、彰濱工業區共同發表的重金屬廢水處理成果,則是「廢液晶面板再利用處理系統」之下,專門針對面板玻璃再利用所開發出來的「LCD玻璃奈米孔洞材料」,每公斤材料可處理5噸的電鍍廢水,吸附前為白色,吸附後隨不同金屬呈現不同顏色,且可多次重覆使用。

 

彰濱工業區導入 產值估1.2億元

 

環保署資源回收管理基金管理會組長李志怡指出,將「LCD玻璃奈米孔洞材料」應用在電鍍過程中進行重金屬廢水的分流處理,每日廢水處理量可達50公噸,重金屬去除率達99.9%,且符合放流水的環保標準。未來擴大應用於彰濱工業區,每年不僅能去化100噸的廢棄面板,更可減少約6,000萬元的廢水處理費用。

 

導入此技術與未導入的電鍍廠相比,節水量達30公噸,重金屬汙泥量可減少三分之一,若以彰濱金屬表面專區一期與二期兩個廠區合併計算,未來可望開拓1.2億元以上的產值。李志怡表示,「這是臺灣開創循環經濟的重要里程碑,不僅水資源達成再利用、面板玻璃也達成回收高值化;以廢棄物處理廢棄物,充份體現循環經濟的精神。」

 

吉祥電鍍公司董事長林振東談起導入此項技術的契機,「數年前,我向產業公會求救,提出電鍍製程的廢水處理困境,得到工研院的全力奧援,」他回憶,當時工研院大隊人馬來到廠內,共同研究如何將「LCD玻璃奈米孔洞材料」導入廢水處理。最初先小規模試行,一開始每10分鐘就必須清理濾水系統、後來慢慢進展至1小時、1天甚至1週。「研發團隊千里迢迢地將廢水運回新竹研究,能有今天有這樣的成果,我十分感謝工研院團隊,如今開發出的第五代技術,處理電鍍廢水既輕鬆又環保。」

 

LCD玻璃奈米孔洞材料每公斤可處理5噸的電鍍廢水,吸附前為白色,吸附後隨不同金屬呈現不同顏色,且可多次重覆使用。

 

電鍍業者省水兼省成本

 

林振東指出,採用這項技術,與過去相比,可減少3到5成的用水量,且不必再加入化學劑、沒有汙泥產生。以往1公斤的汙泥處理費將近20元,且傳統汙水處理設備動輒千萬元,相關的感測器和加料機都須定期修理或汰換。林振東說,各種費用換算下來,至少節省了70%至80%成本,最重要的是替電鍍業者解決了最頭痛的廢水及汙泥問題;「這不止是雙贏、而是業者、政府、環境的多贏,我希望可以大力推廣,惠及其他業者。」

 

對彰濱工業區而言,此項技術也是兼顧經濟發展與環境永續的解決方案。工業局工業區環境保護中心副執行長洪清水點出,工業區環保中心的本職,以往以資產管理及技術提升為主,近年則擴大至永續發展。彰濱工業區的金屬表面專區,每年產生汙泥量高達3,000噸,處理費用將近6,000萬元,是令工業區環保中心頗為困擾的環境與經濟效益問題。

 

洪清水表示,在得知環保署與工研院合作的「LCD玻璃奈米孔洞材料」技術後,工業區環保中心即促請彰濱工業區服務中心與工研院、環保署三方簽定合作備忘錄,正式於彰濱工業區的金屬表面專區試行,透過廠商的源頭管制,減少汙泥的產出量。「如今驗證有了成果,未來希望持續推廣,若電鍍專區的其他廠商也加以採用,其經濟與環保效益將不可限量。」

 

顏旭明補充,在水資源愈來愈稀缺的時代,環保署與工研院合作開發的「LCD玻璃奈米孔洞材料」,能節省大量用水,同時也將面板廢棄物高值化、再利用。「未來將持續與工研院攜手,透過科技創新,在各個領域落實循環經濟,打造兼顧經濟與環境的零廢棄時代,達成真正的綠色家園。」

 

採用工研院的技術可減少3到5成的用水量,換算下來至少節省了70%至80%成本,最重要的是替電鍍業者解決了最頭痛的廢水及汙泥問題。
 

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