前瞻綠色材料高值化研究中心

技術開發與成果

B分項: 塑料與電子廢棄物回收及再利用

B-1、研究計畫之背景:

為了減緩碳排放日益增加的態勢,以”碳循環”為核心概念之廣泛的二氧化碳儲存與利用研究工作正於全球進行,二氧化碳有著無毒性、便宜、充足來源等優點,可藉由通過選擇性捕捉或轉化來成為高價值化學品或燃料,然而,二氧化碳具有為碳的最高氧化態,具有熱力學和動力學的穩定性,先前之文獻常需要高溫和高壓條件才能驅使反應,若能在溫和的條件下將二氧化碳轉化為增值化學品之高效觸媒對未來的工業需求非常重要。在多種的利用途徑中,CO2轉化成碳酸二甲酯(DMC) 和碳酸乙酯(EC)在1970-80已是重要的有機溶劑及歐洲用作汽油代品,後來也經常被使用於電池電解液等應用。而以”有機碳循環”及化學轉化製造之觀點而言,原油/天然氣/煤能源消耗、CO2排放及塑膠垃圾之汙染,是化學碳循環鏈之必定過程。碳循環化學技術巳早在1980年代,經由美國石油公司Texaco Chem. 驗證過(US patents, 1984);其利用回收寶特瓶及EG (汽車水箱冷卻用)製造之副產物DGA,共反應(酯交換)製成PU發泡材,大量做成仿木及鞋材等應用。此r-PET/DGA酯交換製程,自1980至今仍在運作中,但過去因為綠色概念未成熟,而未受到足夠的重視與利用。這種透過資源利用效率的提升,不僅對節能貢獻良多,更可對減碳成效作出貢獻,除此之外,在滿足人類基本需求下,若可以維持資源效率提升以帶動經濟成長,並與造成環境資源耗竭的原因脫鉤,將對維持經濟發展有其重要影響。

除了民生塑膠廢棄物,現代人對於電子產品需求量大,加上科技發展日新月異,電子產品推陳出新的速度越來越快,造成替換率不斷攀升,因而衍生出大量電子廢棄物的問題。2019年全球電子廢棄物產量約為 5,360 萬噸,在5年內增加了21%,預估2030年時,甚至會成長到7,400萬公噸。然而即便各國有各自的回收管道與法令管制,但由於處理成本過高,許多業者將電子廢棄物運往處理成本低或環保法令較寬鬆之國家(如印度與非洲)進行處理,在這些國家常見堆積如山的電子廢棄物;且廢金屬具生物累積性,若無妥當處理,對人體、生態與環境將會造成重大衝擊。因此本分項計畫研究主軸為將塑料與電子產品回收再利用、開發生質材料及CO2之衍生產物高效轉化為高附加價值產品,建立”碳循環”核心技術,在固有的生產模式中導入循環經濟,盡可能提高資源再利用率,減少生產過程中副產品與污染排放,最終達成低碳材料及利潤的創造,為解決人類重大問題之重要科學研究。尋求如何藉由資源利用效率提升,從產品設計與生產方式的源頭開始思考如何有效地使用能源與資源,減少非必要的消耗,如此方可對減少碳排放量作出更大的貢獻。

B-2、研究計畫之技術:

本分項計畫主要分成三個技術項目:

技術項目():塑料材料回收轉化再生材料

本技術項目主要聚焦於

  1. PC回收中間體衍生之自我修復熱固性材料
  2. 以塑料回收與生質原料衍生再生材料
  3. 以聚碳酸酯與二氧化碳衍生羥基氨基甲酸酯(Polyhydroxy urethanes)
  4. 聚烯烴光催化降解

技術項目():二氧化碳再利用之觸媒研究

於前期研究中團隊成功開發出能於低溫與常壓二氧化碳將環氧化合物催化合成環狀碳酸酯之環境友善觸媒,且團隊之觸媒於反應後經簡單處理,可以回收再利用七次後仍達60%以上之轉化率,目前相關初步成果已成功獲證中華民國專利與發表於國際期刊;然而,全球於近年環保意識之水準仍不停升高,雖已有多種利用二氧化碳之方法,但於工業界來說仍稍嫌不足,其因來自於工業製程所牽涉之碳排放包括了原料之運輸、製程消耗之大量電力與能源,此些過程中的碳足跡量非實驗室規模的反應即可解決,以此為核心,更高效與利用度之觸媒系統對此尤其重要,相比於前期發表之同相觸媒,異相觸媒大多時刻有著方便利用與回收之優點,對於液體產品製程之碳排放能有較高之控制與影響力,此技術項目希望使二氧化碳與環氧化物高效率轉換至高價值環狀碳酸酯,藉此可以對二氧化碳進行有效捕捉再利用,以提升碳循環之效率。為有效地減少碳足跡,其中利用環氧化物與二氧化碳在催化劑的參與下可以使其生成環狀碳酸酯及聚碳酸酯等具經濟價值的商品。

技術項目(): 開發電子廢棄物回收及再利用製程

本技術項目主要聚焦於

  1. 開發具有廢液減量特性之綠色電子業無電鍍銅製程
  2. 貴重金屬之金回收技術
  3. 未來實廠應用之發展