郭羽漫｜ 科技大觀園特約編輯


廢棄輪胎製成再生橡膠，無論鞋底或自行車胎，都能良好應用。圖片來源：photoschmidt／shutterstock.com

環保走向商機有多難？即便「永續發展」與「回收再利用」已成當代重點關鍵字，消費者對再生產品仍抱有誤解，尤其廢輪胎的處理更是棘手：不只條件困難，做出來的再生胎也難受青睞。為此，我們特別邀請工業技術研究院材化所吳志宏博士來談談廢輪胎如何起死回生，也探討再生橡膠諸多應用挑戰！
 
都是要拿去燒的，固體再生燃料與輔助燃料，有差嗎？
 
你聽說過 SRF（solid recovered fuel，固體再生燃料）嗎？這是指由廢紙、木材、纖維廢料等生物質或其他無害可燃材料製成的燃料，其中也包括塑膠和橡膠。SRF 能減少環境影響，燃料成本低，對能源效率高的鍋爐和設備也適用。
 
大家可能好奇，SRF 究竟與所謂的「輔助燃料」有何不同？吳志宏博士解釋，假設工廠鍋爐的燃料是煤油或石油，這兩者成本較高且會消耗天然資源，如果希望減少這樣的狀況，就會使用固體燃料來搭配原本的燃料，這時它就是輔助的角色，所以也稱作輔助燃料。所以事實上它們是同一種東西，只是應用場景不同。
 
不過，把廢棄物做成 SRF 仍有風險，這些廢棄物拿來燒可能會排放出重金屬。為避免衍生二次污染，國內外制定了一些法規；以臺灣來說，目前SRF的品質標準主要包括淨熱值，以及氯、汞、鉛、鎘的含量（表一）。規範當然不只這些，這只針對使用 SRF 和輔助燃料的業者，如水泥業、發電廠、煉鋼廠等。部分產業如橡膠廠、塑膠廠或化工廠等，法規可能會對其他有機化學品、PM 2.5 等項目進一步要求。「至少以 SRF 業者來說，這五項是基本要達到的項目。」吳志宏博士解釋。

表一：SRF 固體再生燃料品質標準

資料來源：〈淺談固體再生燃料(SRF)的發展問題〉，能源教育資源總中心


臺灣每年約產出 15 萬公噸廢車胎約有 50 ~ 70% 被回收製成 SRF。圖片來源：吳志宏博士提供
 
我們有什麼理由，讓輪胎繼續走向輔助燃料的道路？
 
那麼，回收界的大難題——輪胎——是否適合作為輔助燃料呢？對此，吳志宏博士給出肯定的答案，而且已是現在進行式。「目前全球每年產出約 3,000 萬噸廢輪胎，臺灣則有 15 萬公噸左右，其中大約 50 ~ 70% 作為輔助燃料再利用。」
 
然而，吳志宏博士也提出一個值得思考的問題：倘若可以開發提升廢輪胎生命週期與價值的技術，相較於單純作為 SRF，對減緩溫室氣體排放會更有效益。「全球橡膠產業因應淨零碳排的發展趨勢，這些輪胎廢棄物已漸漸從『能源利用』轉向循環經濟鏈的『物質利用』了。」他解釋。
 
從商業的眼光來看，如若只是為了符合環保訴求，在臺灣未必能大幅提升消費動機，那麼這種轉變背後的動力是什麼？「碳關稅可能是業者願意開發環保、再生輪胎的一個關鍵⋯⋯像巨大（Giant）這樣以外銷為導向的企業，把貨賣到歐美是要被課徵碳關稅的，這時輪胎有沒有這樣的競爭力就是關鍵。」言下之意，除了當燃料，廢輪胎的生命理當更有作為，更應朝著回收再利用前進。


回收廢棄橡膠除了作為燃料也可循環再利用延續其生命與價值。圖片來源：吳志宏博士提供
 
輪胎回收難點在哪？既然這麼難，廠商為何還要用？
 
輪胎橡膠回收聽起來前途無量，但實務難度很高。吳志宏博士以塑膠相比較，兩者在材料特性與回收機制上差很大；塑膠可加熱融熔塑化製成塑膠粒，反觀橡膠則需要一道「解交聯」（de-cross-linking）的程序，以賦予二次加工的可能性。
 
吳志宏博士進一步解釋，橡膠之所以可以拿來做成輪胎，是基於美國科學家查理斯．固特異（Charles Goodyear）在 1844 年的發現。橡膠原料取自橡膠樹，沒有經過化學處理無法定型，但硫磺跟橡膠液可以產生交聯（cross-link），使它具有遇熱定型的特性，這個過程稱為「硫化」（vulcanization）。在大多數情況下，這種交聯是不可逆的，而且在機械和熱學上都相當穩定、不易破壞，這也是為何輪胎在回收處理上相對困難。
 
值得注意的是，回收再利用過程中，材料的性能會有所降低。吳志宏博士比喻，「就像人如果骨折、手被砍斷，然後透過骨科再把它接回去，它還會跟原來的一樣嗎？這樣應該很容易理解：會好，但也不會好全。」即便如此，再生橡膠仍然具有市場價值。吳志宏博士指出，早期廠商使用再生橡膠的動機是為了降低成本（新膠可能每公斤 80 元，再生膠就 25 元左右），後來是因為環保意識抬頭。只要消費者夠在意，就不怕叫好不叫座。
 
再生橡膠怎麼來？從麵包與米苔目製程的有趣想像
 
從廢胎到再生橡膠，牽涉三個主要設備：脫硫罐、捏煉機，以及押出機。吳志宏博士指出，這些設備的加工目的都是為了將硫化橡膠的部分分子鏈和交聯點切斷，使廢橡膠從彈性狀態變成具有塑性、黏性且能再硫化的橡膠。
 
首先是脫硫罐，這個步驟相當關鍵。要讓廢橡膠重新有熱塑性，就要把硫交聯的位置打斷，而這個設備能在特定溫度與壓力範圍下把硫抽離、萃取出來。
 
捏煉機則較容易理解。「就像我們在做麵包、饅頭一樣，設備裡有兩根滾輪把麵粉、雞蛋、油、水等配方捏煉、攪拌均勻，換作廢輪胎則是橡膠、黑煙（碳煙）、加工油、硫等。」今日，我們可以經由破碎機和鼓風機，利用材料密度差異分離廢輪胎之纖維、橡膠與鋼絲，再透過攪拌機將橡膠攪亂（也就是把交聯點打斷），只是得拉高溫度。吳志宏博士針對這個觀念深入說明，橡膠配方要攪拌均勻可能只要 80℃，但要把廢橡膠的交聯點打斷或許需要到 200℃。只是，這些條件向來都是商業機密。「假設麵包在某個溫度下烘烤最 Q、最好吃、口感最好，麵包師傅當然不會跟我們講，因為說破就沒價值了。」同樣的道理，企業也不會告訴我們解交聯的精準溫度。「這只是一個簡單的、泛用的概念而已⋯⋯輪胎的配方也大同小異，可是今天米其林（Michelin）的製造和加工條件，還是跟馬牌（Continental）有些不同，輪胎性能就會存在差異。」吳志宏博士生動比喻。
 

經脫硫、捏煉或押出解交聯產生的再生橡膠。圖片來源：吳志宏博士提供

另外，脫硫罐與捏煉機屬於需「批次進料加工」的設備，每批次可能 30 或 100 公斤，人力成本可觀。不過後來有科學家發現，押出機似乎能解決這個麻煩。押出機最常拿來加工的原料是塑膠，這有點像米苔目製作——押出模頭上有很多孔洞，原本成糰成坨的原料透過這些孔洞擠壓就會變成條狀物。
 
「做成纖維的話，模頭孔隙會比較細；如果是要壓電線，電線比較粗，所以那個模頭孔隙就會比較粗；假設今天要做成薄膜，就會用T型模頭（想像一下兩塊鐵板合在一起，中間有一個縫隙）。」吳志宏博士指出，在 200 ~ 250℃ 的高溫狀態下，押出機的螺桿可以使橡膠塑化，如此便能實現 24 小時不間斷的自動化生產。
 
這種「連續式廢橡膠再生製程技術」讓吳志宏博士與他的團隊近來取得重要突破，也持續在符合自行車胎物性規格的前提下，逐漸開發取代 25% 原生膠的產品。「但對業者來說，每年取代個 3％ 就已經很厲害了。」他也提到，雖然是設定 25％，但把技術移轉給業者，能否在放大實驗數據的過程中維持品質，是一項艱鉅挑戰。
 
比你想的更商機無限，從輸送帶到潮流鞋款無所不包！
 
除了輪胎，吳志宏博士也提到，舉凡工業製品（工業用輸送帶、小型推車車輪、剎車來令片、橡膠管）、建材（樓層板隔音墊、橡膠華司〔又稱墊片〕、滲水管）、汽車百貨（車窗密封件、車用腳踏板、各種伸縮管）、民生領域（高爾夫球心、健身房地墊、室內外地墊），都是再生橡膠的應用範疇。
 
吳志宏博士以鞋業中的應用深入說明，目前 Adidas、Nike 等品牌也推出幾款強調以廢棄輪胎製作橡膠大底（鞋底）的環保鞋，要價不菲，盼能瞭解消費者的接受度。然而他也指出一個有趣現象：輪胎如果再回到輪胎，消費者可能會覺得這是劣質品。


Adidas 與馬牌輪胎的橡膠材料專家合作，推出輪胎大底鞋款。圖片來源：吳志宏博士提供

他解釋，再生橡膠如果在配方上要滿足輪胎規格，一樣也滿足 5,000 公里的耐磨性（以原生橡膠來說可以做到 7,000 公里），這時消費者還是會覺得再生橡膠輪胎的耐磨性只能到 5,000 公里「而已」，相對接受度較差。看來，同樣是再生橡膠，依據產品特性命運也大不同，有待各家企業進一步探索。
 
不只廢棄輪胎要再生！邊角料、NG 品通通回到產線上
 
吳志宏博士透露，目前開發的再生橡膠技術，也同樣適用於橡膠工廠製程中產生的廢橡膠、不良品、廢邊料。


（圖左）橡膠輸送帶的邊料廢棄物，可透過新技術再進入產線中。（圖右）添加再生膠的橡膠輸送帶，頗受歐美客戶好評。圖片來源：吳志宏博士提供

 因應全球推行循環經濟和 2050 淨零排放趨勢，吳志宏博士認為，再生橡膠如果能「從廢輪胎再回到輪胎」便是最高境界，但也必須理解其物性可能產生的差異。「以輸送帶來說，我們合作的廠商賣到歐美時，客戶都非常支持。而目前我們的技術已可以讓廢輪胎再回到自行車胎，這表示廢輪胎再回到輸送帶、鞋底、汽車零組件更容易，就看回收供應鏈有没有經濟效益了。」
 
再生橡膠技術不僅為廢輪胎找到新出路，也點亮了整個橡膠產業持續發展的空間。隨著技術不斷進步與環保意識提升，我們可以期待再生橡膠更廣泛的應用面，為實現循環經濟做出重要貢獻！
 
資料來源
 

1. 採訪工業技術研究院材化所吳志宏博士
2. 淺談固體再生燃料(SRF)的發展問題
3. Solid Recovered Fuel Sampling and Inspection

本文轉載自科技大觀園，連結如下：https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=73a35984-9a3e-4abd-8750-206c9610d060