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[國際新知]循環經濟的一種:比量販店還省的木材資源層級應用

農業科專服務小組/蘇向豪 專案經理

地球資源耗竭的預測,在近幾年不斷被提起。為此,國際間陸續提出可讓天然資源能夠被永續利用的循環經濟政策。而在臺灣,我們常聽到資源回收與廢棄物變黃金等概念,即屬於循環經濟的一環,但除了將原本無法使用的廢棄物,重新加值利用進行「開源」外,有沒有能夠減少資源消耗的「節流」辦法呢?

木材自然資源怎麼用最省?

德國慕尼黑工業大學的木材科學研究團隊,在2017年底提出一份報告,證實一種名為「層級應用(cascading)」的資源階段性應用策略,可以有效降低木材從投入加工生產,至最終被完全消耗過程中的能源損耗,並同時提高木材的利用效率。

模擬木材層級應用的過程如圖1,研究人員將木材的物質生命週期設定從原木開始,最終燃燒產生能源結束,過程中可產生出4種不同階段的產品,分別是:原木/單板產品、刨花板產品、纖維產品及化學產品等。一般情況下,依市場的需求不同,業者可將木材資源投入任一階段進行產品生產,但層級應用的概念是將4種不同的階段串連在一起,從生產原木/單板產品開始,將生產後剩餘的資源經回收、分類、處理後,重新使用於階段1或投入階段2 (刨花板產品)進行生產,再重複回收、分類、處理的過程,依序進入階段3 (纖維產品)與4 (化學產品)直至最後燃燒產生能源。

層級應用下各階段木材加工應用之範例
▲ 層級應用下各階段木材加工應用之範例。

為了證明木材的使用透過層級應用系統,可減少能源消耗,並達到資源利用的最大化。研究人員設計一組試驗,以原木(PW)直接利用於1-4階段作為對照組,與加入層級應用的原木(C+pw)、結構木材(C+g)及廢棄木材(C+ww)等3種初始原料模型作為試驗組(表1)。將4種系統利用生命週期(LCA)與㶲分析(exergy analysis),進行能源總消耗以及資源完整累積程度(CDP)的比較。

一般木材加工應用與加入層級應用之木材加工系統比較
  原木系統
(PW)
原木應用於層級系統
(C+pw)
結構木材應用於層級系統
(C+g)
廢棄木材應用於層級系統
(C+ww)
總能源消耗(MJex/fu)     163,437     94,628 35,833 16,729
資源完整累積程度(CDP) 21% 28% 46% 45%
 

分析結果得知,加入層級應用後的木材利用系統與原木系統相比,總資源消耗量皆顯著地下降,且資源完整累積程度皆有所提高,說明層級應用可避免能源與資源的過度消耗。另外該報告也指出,若由生產鏈開始時使用再生木材,將可減少最多的能源消耗。為此慕尼黑工業大學木材研究所之Klaus Richter教授說:「我們需要更有效地利用木材,亦即將各階段木材多次作為材料,然後才能燃燒或變成顆粒供能源使用」。

但實際上,由供應商、製造商及消費者等組成的層級系統,每個層級內與層級間的物質流動交錯複雜,且所費不貲,科學新聞EurekAlert的報導也提及:「在現實中,層級應用處於起步階段,因為必要的物流過程與工藝技術尚無法在工業製程中被實際使用」。因此木材加工與使用,仍需從概念與規劃的角度進行調整,以實現木材在其生命週期中,可依階段完成多種應用用途的層級應用系統。

投入再利用的臺灣木材資源

目前我國循環經濟發展尚未成熟,針對加強自然資源利用效率的層級應用探討不多,但我國現使用木材作為再生原料,以及木材廢棄物處理的技術已經有不錯的成績。例如:從源頭投入廢棄木材作為板材原料的技術,其由混合木料與塑膠所製成,被現行市場廣泛應用的「環保木材塑膠複合材」,如中興大學森林學系副教授楊德新回收木粒片與聚丙烯塑膠製成的「木質塑膠再生複合材」,即為林業資源循環加值再利用中,極為重要的一部分。

另外在林業廢棄物加值中,再製形成具碳封存、改良土壤及除臭等效果的生物炭,也是我國發展目標之一;林業試驗所更規劃生物炭之「料源供應與回收體系」、「產製技術精進與整合」、「產品加值與創新應用」及「管理與終端利用效益」等4項策略,藉以完整我國生物炭之供應鏈體系。

邁向永續之路

面臨全球資源耗竭的困境,國內外相關研究已多次證明投入循環經濟發展之效益與產業可行性,「層級應用」的概念更一改過往廢棄物妥處與加值應用的選項,開始思考如何從資源應用源頭與過程中,減少對天然物料的需求、強化各階段資源的利用效率、思考回收再製物品質,並規劃具可行性之逆物流機制等,完善循環經濟發展的藍圖。而如何在永續發展的道路上,找到最適合的模式,促使我國邁向循環型社會的永續之路,需要大家一起攜手挑戰。

參考文獻

1. Klaus Richter (2017, December 12) Cascading use is also beneficial for wood. EurekAlert.

2. Michael Risse, Gabriele Weber-Blaschke and Klaus Richter: Resource efficiency of multifunctional wood cascade chains using LCA and exergy analysis, exemplified by a case study for Germany, Resources, Conservation & Recycling 126, 141-152, 2017。

3. 行政院農業委員會林業試驗所公告訊息,環保木材塑膠複合材 開創木質廢棄物新用途(民106年6月20日)。檢自https://www.tfri.gov.tw/main/index.aspx (Feb. 2, 2018)。

4. 行政院農業委員會林業試驗所公告訊息,整合產業專長,循環農業延伸新農業價值(民106年12月15日)。檢自https://www.tfri.gov.tw/main/index.aspx (Feb. 2, 2018)。

5. 黃育徵(民106)。循環經濟。臺北市:天下雜誌。

6. 國立中興大學秘書室單位公告,【興新聞】興大開發環保木塑材 榮登國際期刊Top25 (民102年10月2日)。檢自http://secret.nchu.edu.tw (Feb. 2, 2018)。