根據艾倫麥克阿瑟基金會(Ellen MacArthur Foundation)資料顯示,為了邁向2050淨零排放目標,使用可再生能源和提高能源效率至關重要,但只能解決全球55%的排放量,唯有提高資源循環使用,才能處理剩下45%的溫室氣體。因此,可再生能源中的太陽能與風能,便成為各國部署首選。
以臺灣來說,目前已經將2025年太陽光電達到20GW及離岸風電5.6GW裝置容量設定為里程碑。2050再生能源占比則預定拉高至60%~70%,其中太陽光電裝置容量達到40~80GW、離岸風電裝置目標為40~55GW。至於退役後的太陽能板與風機的資源循環,則成為達成淨零目標的重要技術課題。
而臺灣在拆解回收利用太陽能板,以及稀土資源的循環利用,都有創新技術與顯著成果。
從設計源頭導入循環經濟概念
聯合再生能源為新日光、昱晶與昇陽三合一形成的太陽能與儲能系統開發商,其生產的太陽能模組具有低溫係數與高分流電阻特性,能帶來穩定的能源輸出。近年來踏入儲能領域,提供完整的綠能/儲能解決方案,協助企業面對日益嚴苛的碳排法規。
聯合再生能源也與工研院合作開發退役太陽能板的循環再利用,提供太陽能產品從搖籃到墳墓完整的售後服務。
針對退役的太陽能板,聯合再生能源採用工研院材化所運用創新材料與結構設計成功研發而成的「易拆解太陽能模組」,藉其專利的雙層膜結構設計,只需透過溫度調控此複合膜材料,即可讓太陽能板的各層材料自行脫落,完整回收矽晶片、玻璃及銀、鋁等有價金屬。
聯合再生能源公司導入此新模組後,並未增加製程工序、也沒有增加成本,為全球太陽能產業提供一個完整循環經濟的解決方案。
另外,工研院材化所設計中最關鍵的就是易拆解封裝結構,可以在發電服役時穩定接著面板,退役拆解時能輕易剝離。其中,攜手三芳化學與聯合再生能源公司開發的易拆解面板技術,還獲得德國萊因(TÜV Rheinland)頒發太陽光電易拆解模組的第一張IEC國際證書。
透過易拆解模組的開發,解決了過往太陽面板退役後只能粉碎處理的瓶頸,預估回收價值將從每1GW新台幣6億元,大幅提高為新台幣24億元,為太陽能產業創造嶄新的循環經濟模式。
而回收的再生材料,除了有助於降低原物料進口外,更將碳排減50%以上,大幅提升臺灣太陽能板產業的競爭優勢。
再生磁石回收利用的技術研發
除了太陽能板的循環利用,缺乏稀土天然資源的臺灣,針對可再生的稀貴、稀土、卑金屬、多晶矽料源、甚至是玻璃回收再重製,或是直接再利用進行循環,也十分重要。不僅可避免開採、提煉、還原過程耗費資源及汙染環境,達到淨零減碳的目的,還能降低供應鏈中斷的風險,達到能源與民生的自主化。
臺灣因缺乏稀土資源,近年來每年自中國進口1,000~1,500噸的稀土永磁,加工製造零組件如馬達、變頻節能壓縮機、發電機,和終端產品的喇叭、耳機、電話機等。而馬達、壓縮機等零組件,又貢獻到電動機車與節能冷氣空調等。
未來因應綠能淨零、2040禁售燃油車等政策需求,稀土永磁的節能需求持續看漲。而臺灣也將面臨報廢稀土磁石量體逐年攀升,以及供應來源受限等問題。
所幸,臺灣廠商速敏綠能早已投入稀土永磁回收利用的技術研發。該公司核心團隊自1982年起即在工研院磁性實驗室擔任稀土磁石的開發工作,1989年移轉技術成立速敏科技,生產燒結釹鐵硼磁石(Sintered NdFeB Magnet)與粘結釹鐵硼磁石(Bonded NdFeB Magnet),期間陸續在流體磁化器等加工設備開發上著力,並取得相關專利,與中山科學院、中鋼等單位也多有合作,並協助學術單位建立研發量能。
2022年速敏科技更名為速敏綠能。自承接工研院稀土磁石製造技術以來,已經可以讓風機用磁石的再生率高達90%,預期將會提升臺灣再生磁石在市場上的能見度,並增加產業對再生磁石的採用,漸少對進口料源的依賴。
磁石循環再利用避免供應斷鏈
速敏綠能的磁石循環再利用主要以下四種技術達成:
(1) 磁石保護層去除技術:因磁石為合金易氧化,表面具有金屬鍍層或有機鍍層,需以環保方式完全清除以降低碳排,並保留高比例的稀土磁石合金,提高回收率。
(2) 氫脆技術:有關於氫脆(Hydrogen Embrittlement)是利用稀土元素與氫吸附的特性,將釹鐵硼磁石內的釹,反應生成氫化釹,再進一步裂解原來的磁石碎粒。之後,再抽真空讓原材料重新合成為原來的釹鐵硼比例磁粉,控制回收材料微細化後的粒徑,以方便後續的燒結製程。
(3) 合金配方設計與晶界擴散技術:優良的配方設計可維持再生磁石的最終磁特性與可靠性。藉由晶界擴散技術,摻雜其他重稀土元素能提升釹鐵硼磁石的耐溫性。
(4) 燒結技術:燒結(Sintering)的動作使添加合金與回收稀土合金均勻分布及擴散,並抑制晶粒過度成長,提高再生磁石的密度,提高再生磁石特性。
工研院自成立以來,不斷的投入先進技術的開發,並累積豐碩成果,其相關研發團隊也先後投入產業,為臺灣材料產業以及工業發展奠定堅實的基礎。近年來,面對資源循環趨勢時,更是洞悉礦產因開採、分離與提煉對環境所造成的風險,為因應綠能、回收循環與低碳製程對企業存續與成長的需求,投入相關技術研發。
隨著美中貿易戰升溫,地緣政治衝突加劇影響,與半導體、綠能、儲能息息相關的關鍵物料供應或許有斷鏈的風險。因此關鍵原物料的取得、儲備、分離精煉與循環再生能量的建置將更趨重要,關乎臺灣是否能繼續扮演非中供應鏈的關鍵角色。工研院在資源循環領域仍將秉持以往態度,持續努力,期協助臺灣產業在基礎原物料供應上強韌無虞。