科學家新視野－臺灣發展複合材料產業 廢棄物循環及再利用的機會

以目前臺灣複合材料產業來看，估計約有30％的碳纖維會以廢料的形式出現，也代表着這些有價值的材料最終進入垃圾填埋場或焚化爐焚燒。然而，全球的複合材料行業正在成長，根據MarketsandMarkets INC.統計，全球複合材料市場市值預估從2020年的740億美元到2025年會成長到1,128億美元，複合年增長率爲8.8％。以臺灣爲例，臺灣在碳纖復材總體產量爲全球第四，產品涵蓋面則高達2～3千多種，且集中於運動器材、印刷電路板（PCB）以及遊艇等系列商品。若未來的碳纖復材用量及用途逐年提高，將會有處理多元碳纖維廢棄物的問題。

因此，上中下游廠商無不透過各種產官學研究合作，以提升資源效率、產生新的經濟動能，以及創造資源價值爲目標，發展關鍵技術來循環再利用這些廢棄物，以解決現有的處置問題。

現有回收碳纖維復材的技術，主要有三種，分別是「物理機械法」、「化學溶劑法」和「高溫熱解法」。物理機械法是將廢棄複合材料縮小至更小碎片，再回收利用。目前的粉碎機分離技術，能夠分類廢棄料，分開蒐集較高纖維含量和較高樹脂含量的回收物。可見物理機械回收是以顆粒大小作爲回收依據，但由於碳纖維在過程中遭到破壞，無法獲得價值高的長纖維進行加工利用。

第二種化學溶劑法則是根據廢棄複合材料中的聚合物性質，來選擇合適的化學溶劑和催化劑來溶解聚合物。使用化學溶劑處理的碳纖維能夠保留價值高的長纖維。而且在科技設備日益精進之下，樹脂可通過溶劑（溶劑分解）或水（水解）來降解，可減少有機化學品和濃縮化學品的使用對環境造成的二次污染。

然而，以塑膠加工角度而言，「高溫熱解法」具有最佳競爭優勢。高溫熱解法是利用熱能量來分解廢棄複合材料，一般可區分爲三種類型，分別爲燃燒／焚化、高溫流體化牀以及熱裂解。熱裂解溫度取決於廢棄複合材料中使用的樹脂類型，因爲一般樹脂在較高的工作溫度下（450～700°C）很容易燃燒，能夠留下具有經濟價值的碳纖維，但若使用不適當的溫度，可能會在纖維表面留下煤焦或者導致纖維直徑變小影響強度。因此，在選擇熱裂解回收法時，必須在最佳溫度下控制樹脂分解，而不是完全燃燒廢棄複合材料。

使用熱裂解回收法時，若導入微波技術，在加熱過程中具有即時加熱的特性，在未來能夠取代傳統熱裂解升溫緩慢，以及能源的浪費問題。

同時，在塑膠中心合作的處理廠商當中，也承接國外微波輔助熱解技術，以獨特的微波反應場域設計，來密集管理能量，使得廢棄複合材料處理時間更短，具節能特性；更重要的是，在處理後的回收碳纖維樹脂去除率可達九成以上，相當有競爭力。未來，塑膠中心亦透過微波輔助熱解技術回收的碳纖維，進行熱壓制程、射出加工以及長纖造粒，達到碳纖維再利用的經濟價值。