永循環解決方案
更輕、更韌、更環保
近幾年，各國政府及產業界對於環保的重視，持續地在尋找可替代石油資源衍生的化學品與材料。其中最具環保意義的，就是將農作物收成後產生的廢棄物，轉換爲可資源再利用的新世代材料，例如「纖維素」。「纖維素」為自然界的產物，是由植物經過光、空氣和水，藉由生理作用產生組成，其成分由碳、氫、氧三元素組合成之有機物質，在各種物質的結構中，有機物質的生物降解性是速度最快的，因此在廢棄處理上對環境是最友善的。
永循環科技以”天然、零汙染”為出發點，選擇使用”纖維素Cellulose”進行各項產品開發。此理念我們同樣代入植物纖維的生產過程，在整個過程中沒有使用任何化學藥劑，來達成資源的永續循環。
目前植物纖維素使用最大宗為棉花，在2021年球棉花生產量達到2470萬噸，占全球纖維產量22％。但根據聯合國糧食及農業組織其全球棉花種植用水量顯示，每公斤的棉花種植需要大約1公噸的水，其水資源使用非常龐大。永循環科技為了尋找可永續發展的原料，在經過各項評估後，決定使用鳳梨葉為首要選擇，根據資料顯示每公斤的鳳梨纖維在植株種植時僅需要約0.2公噸的水(表一)。
種植 | |
|---|---|
每公斤 | 用水量 (立方公尺) |
棉花 | 9.7 |
麻類 | 2.1 |
鳳梨 | 0.2 |
植物纖維由於其密度低、強度高，因此製成FRP複材時可提升機械性能並維持較低的密度。此外，植物纖維多為植物細胞集合體，其中的空腔與間隙可為材料帶來絕佳的隔熱性能。在面對外來能量（如振動）時也得益於其多孔性，使能量快速消散，在這幾年亦發現鳳梨纖維的結構、強度及徑長比在植物纖維中具有極優異的物理特性和化學特性，深具發展潛力，更適合使用在各項材料的補強材。
其中將植物纖維奈米化後，研究顯示，奈米纖維素具有輕量、高強度、低熱膨脹等特性，密度是鋼鐵的1/5，強度是鋼鐵的5倍以上，熱膨脹係數約為玻璃的1／50，比表面積可達250 m2／g以上。因其特性，目前已被應用在汽車材料中，例如BMW5系列的側門板，就是利用植物纖維製成不織布後再與樹脂複合而成。植物纖維複合材料應用於汽車的內外裝，主要驅動力來自於汽車產業輕量化發展的需求，因為植物纖維纖維的密度（約1.5 g／cm3）遠低於玻璃纖維的密度（約2.5 g／cm3）(表二)，所以有輕量省油的優勢。日本環境省也於2022年提出，目前在車子不同部位添加植物纖維後，車子整體重量減輕了 16%，燃油效率提高了 11%，二氧化碳排放量減少了 8%。
補強用纖維 | CNF (植物纖維) | 碳纖維 (PAN 系) | 芳綸纖維 (KevlarⓇ 49) | 玻璃纖維 |
|---|---|---|---|---|
密度 (g/cm3) | 1.5 | 1.82 | 1.45 | 2.55 |
彈性率 (GPa) | 140 | 230 | 112 | 74 |
強度 (GPa) | 3 | 3.5 | 3 | 3.4 |
熱膨脹係數 (ppm/K) | 0.1 | 0 | -5 | 5 |
價格 (日幣/kg) | 400 | 3000 | 5000 | 200~300 |
永續型資源 | ◎ | – | – | – |
回收性 | ○ | △ | ○ | X |
平滑性 | ○ | X | X | X |
如前述所提，添加植物纖維可增強塑膠的機械性質，此特性從鳳梨纖維添加於BIOPBS的測試可觀察到，其硬度增加35-40%(圖一)，抗彎強度也增加10-15%(圖二)，以此彌補生質塑膠於強度上的弱點，同時也看到熱變形溫度增加了10-15度C(圖三)，所以添加鳳梨纖維於生質塑膠中，確實可增強塑膠的機械性質及其耐溫性。
a. 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）「グリーン・サルティナブルケミカルプロセス基盤技術開発報告書」
b. 日本環境省「セルロースナノファイバー利活用ガイドライン」
c. 張豐丞、張鈞瑋／臺灣大學森林環境暨資源學系「植物纖維及其複合材料」
d. 財團法人塑膠工業技術發展中心
e. 黃元倉，奈米纖維素與塗料
f. Ecological Footprint and Water Analysis of Cotton, Hemp and Polyester, Stockholm Environment Institute, 2005, ISBN 91 975238 2 8
g. Water Footprint Of Food List
h. Food and Agriculture Organization of the United Nations
