文章日期:2022-08-28
文章來源:關鍵評論
文：王潔（麻省理工學院材料工程學系博士，任教於清華大學化工系）、許惠晴（清華大學化工碩士班畢業，現為塑膠生物分解相關領域研究助理）
我們想讓你知道的是
1有多少民眾知道PLA 的特別之處呢？外觀透明、性質就如同一般傳統塑膠的PLA，非常容易被使用者們當成傳統塑膠回收，甚至隨意丟棄，讓清潔隊難以處理。只要沒有進入堆肥的機會，PLA就如同傳統塑膠一般會造成汙染。Take Home Message
綠色材料的定義為對環境負荷最小、對人類健康無害的材料，如木質素燃料電池賦予造紙業副產物新生命，開發和量產製程不會破壞當地環境又符合經濟效益。
材料被使用時的狀況、去處應該完整考量，像是玻璃、寶特瓶、植物等材料組成單純，使用後的回收處理可讓資源生生不息又減少廢棄。
雖然可堆肥塑膠中的聚乳酸（PLA）是能在自然界降解的塑膠材質，但若隨意丟棄還是會像傳統塑膠一樣造成環境汙染，台灣目前也未積極設置堆肥場所。因此評估材料性質、製程耗能、環境影響，以及經濟、社會、立法層面的配合，才能讓綠色材料普及應用並發揮價值。
我們的生活與各種材料的使用密不可分，材料的發展引領人類文明前進，材料科學也被視為現代工業之母；然而隨著工業與文明飛速發展，環境與社會議題日漸累積，也令我們不禁回頭思考：總是讓我們予取予求的地球資源，是否也會有枯竭的一天？一項新材料的誕生，背後所造成的環境與社會成本該如何估計？哪一種材料的設計與選擇，才可以對地球的「永續」負責？
「綠色材料」（green materials）呼應人們對於永續的考量，成為材料科學的發展重點之一。聯合國（United Nations, UN）在1992年於巴西里約熱內盧（Rio de Janeiro）舉行地球高峰會議（Earth Summit），讓綠色材料有了更清晰的學術定義：在原料採取、產品製造、應用過程、使用過後的再生循環利用等環節中，對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的材料。
而「永續」這個名詞近年來也為各界所聞，並在民間及業界受到重視，永續的觀念逐漸在人們心中萌芽。聯合國更在2015年宣布17項永續發展目標（sustainable development goals, SDGs），內容涵蓋人類福祉、經濟與文明發展，還有保護與我們共存共榮的自然環境生態。
這些永續的概念都可以與電子、金屬、高分子等各種材料領域互相結合，而且必定需要各界共同朝向目標努力，你我也能夠一同思考，如何透過材料科學為地球的永續作出貢獻。
以環境、經濟平衡為目標的材料製程
國際上對於環境條約制訂與永續執行，最不遺餘力的是歐盟（European Union, EU），在條約要求與倡議的風氣之下，歐洲國家的綠色材料研究發展值得各界參考；以能源議題為例，溫室氣體帶來的氣候變遷，使得各國不得不思考如何節能減碳、使用低碳能源、致力於達到「碳中和」（carbon neutrality）目標。
歐洲就在能源材料上積極發展可取代化石燃料的天然可再生能源，並在政策上大力推行交通工具電動化，因此以高能量密度、安全且友善環境的儲能技術與材料研究備受關注。其中由瑞典林雪坪大學（Linköpings Universitets）有機電子實驗室與2017年成立的Ligna Energy 公司共同合作開發、量產的「木質素燃料電池」，就是很好的綠色儲能材料。
木質素（lignin）是樹木中的生物聚合物，占樹木成分為25％，可增加纖維素之間的緊密程度，進而使樹木堅韌強壯；但木質素其實是造紙業的副產物，丟棄如此便宜又容易取得的天然資源實為可惜。
不過這天然的材料幸運地在電池領域找到了一片天──木質素在工業製造過程中會分解成「苯二酚」（benzenediols），而在苯二酚的三種異構物中，「鄰苯二酚」（catechol）可作為良好的電池燃料。相較於以甲醇（methanol）和乙醇（ethanol）為基底的燃料電池，由於木質素電池發電後的副產物並非二氧化碳，對於減少溫室氣體能有所貢獻。
而且與氫燃料電池對比，木質素為可再生資源，現今氫氣則絕大部分來自天然氣、石油、煤碳等不可再生資源；再相較其他以金屬作為材料的電池，木質素原料並不稀少，而且還有一個間接卻重要的優點──木質素的取得過程不同於金屬開採耗能，也不會破壞當地環境地形，因此並不會因為推展先進地區的電氣化而犧牲礦石產地的生態，可謂符合「環境正義」（environmental justice）的天然電池燃料。
日常生活中人們製造大量塑膠廢棄物，在回收場回收後堆疊成磚。（許惠晴提供）