以廢輪胎橡膠瀝青達成路面養護減碳的歐美經驗

2023-07-27

生產傳統石膠泥瀝青 (SMA)混合料，每公噸排放40.1公斤CO2當量，若將黏結料換成橡膠瀝青，則每公噸減少碳排約3.5公斤CO2當量(8%)

美國路面工程界已有永續的觀念，負責道路養護的部份州政府也明確提出「Buy Clean法案」來限制產品的碳排量；永續發展、溫室氣體排放量、環保產品、綠色採購、淨零碳排，都是人類面對氣候變遷陸續提出的環境管理名詞，都是為了管理產品對環境的衝擊，也都對產業永續發展做出貢獻。管理大師彼得杜拉克的名言：「若不能量測，就無法管理(If you can't measure it, you can't manage it.)」因此，要能管理鋪面永續，首要能量測鋪面相關產品的永續性，也就是對環境的衝擊量，可以是溫室氣體排放量、耗用能源量、二氧化碳排放量等；雖是相當複雜的工作，經過多年的努力已經有量測的方法(LCA, ISO 14025)，也有共通一致且可相比較的量測值(EPD, ISO 21930)。

立法強制運輸部門養護道路採用瀝青混凝土加入一定數量的廢輪胎橡膠粉的加州(詳參「從加州2019年廢輪胎市場報告瞭解廢輪胎鋪路的驅動力」)，是全球橡膠瀝青工法發展最完善的地區，早在溫拌技術傳入美國之初，就在2008至2011年之間執行完成溫拌橡膠瀝青研究，在溫拌技術降低橡膠瀝青的拌合溫度及伴隨的污染及異味而更環保的考量下，加州運輸部在隨後的2011年就鋪超過一百萬噸溫拌橡膠瀝青[1]。(詳參「溫拌技術使橡膠瀝青更環保」)

面對2050年淨零排放目標，美國環保署(EPA)2019年統計的溫室氣體排放圓餅圖，六大產業的溫室氣體排放量占比如圖1的左圖所示，其中交通運輸業占比29%，聯邦公路總署(FHWA)延伸展開運輸業的占比得鋪面生命週期各階段的隱含碳(Embodied Carbon)則如圖1的右圖所示，並且具體提出鋪面減碳四策略：[2]

  1. 在鋪面工程中納入廢棄材料，特別是塑膠及廢輪胎橡膠
  2. 鋪面再生
  3. 提昇耐久性
  4. 採用當地材料

圖1　美國環保署及聯邦公路總署統計溫室氣體排放資訊[2]

依據歐美熱拌瀝青工業的相關研究[3]，每鋪一公噸熱拌瀝青混凝土排放的二氧化碳當量大約在50公斤，如圖2所示，直接在熱拌廠因瀝青儲存、後勤、及加熱拌合產出的碳排稱為「營運碳(Operational Carbon)」約20公斤，間接來自原料及能源產製的「內含碳(Embodied Carbon)」約30公斤；前述鋪面減碳四策略中，採用當地材料降低運輸排碳，提昇耐久性減少鋪面養護需求，鋪面再生及納入廢棄材料取代瀝青及粒料的需求而大量降低內含碳；採用溫拌技術降低熱拌廠的製程溫度，則可有效降低營運碳。 

圖2　歐美熱拌瀝青工業概估的熱拌瀝青混凝土碳排放量及減碳策略[3] 

英國運輸研究實驗室(Transportation Research Lab., TRL)在2020年提給國家高速公路局(National Highway)的報告[4]，列出有不同類型瀝青混凝土的碳排數據比對表，如表1所示，並且說明不同拌合廠商的數據差異不會超過5%。由表可知以標示為ABT16(一般瀝青混合料）與ABT16 PMB (高分子改質瀝青混合料）的溫室氣體潛勢(排放二氧化碳當量)為例，生產一公噸一般瀝青混合料會排放31.6公斤二氧化碳當量，若是採用高分子改質瀝青則將會排放40.1公斤二氧化碳當量。 

表1、英國運輸研究實驗室提出不同瀝青混合料每公噸的碳排量[4] 

美國製胎協會(USTMA)委託密蘇里大學的運輸創意中心結合非營利的永續運輸創意創新技術平台(The Ray)於2021年7月23日的網路研討會(Webinar)發表「廢輪胎橡膠改質瀝青(Rubber Modified Asphalt, RMA)的知識現況(State of Knowledge, SOK)報告」總結橡膠改質瀝青證實可防止路面過早出現車轍和開裂而延長路面壽命，也可以降低鋪面噪音，並提高平坦度和安全性；在經濟成本方面，RMA 已被證明是一種具有成本效益的選擇，因為它可以增加路面的使用壽命並減少和/或延遲路面維修的需求，以生命週期成本分析技術進行評估具有顯著的成本優勢；在環境效益方面，使用 RMA 可減少 CO2 排放並降低路面整個生命週期內的能源消耗，此外，由於 RMA 路面較硬且鋪得更平，可減少輪胎磨損產出微粒，也改善路面逕流的水質[5]。

美國密西根科大在2021年提給NAPA的研究報告[6]，比對一般瀝青，SBS改質瀝青、多聚磷酸(PPA)改質瀝青、及廢輪胎膠粉(GTR)改質瀝青拌製的瀝青混合料的碳排量與耗能數據，如表2所示，採用SBS改質瀝青能耗變化不大，但每一美噸多排碳約4公斤，黏結料碳排占比提高4.5%，但若採用廢輪胎橡膠瀝青做為改質劑，則不但能耗量降低，碳排量也稍減。

表2 不同瀝青黏結料拌製的瀝青混合料的碳排量與耗能數據比較[6] 

英國最大建材公司(Tarmac)的宣傳資料如圖3所示，說明生產傳統石膠泥瀝青 (SMA)混合料，每公噸排放40.1公斤CO2當量，若將黏結料換成橡膠瀝青，則每公噸減少碳排約3.5公斤CO2當量(8%)[7]。(詳參「英國最大建材公司將橡膠瀝青列為路面養護工程減碳重點」) 

圖3 英國最大建材公司(Tarmac)廢輪胎鋪路的宣傳資料[7]

美國伊利諾高速(The Illinois Tollway)建議將小於3/8"的細刨除料(FRAP)用在橡膠瀝青拌製的越級配SMA，搭配高品質的原生粗粒料或是鋼爐石，不必再添加細粒料，而細刨除料中的瀝青也可以獲得充份的使用，因為橡膠瀝青SMA的總瀝青含量較高，在再生瀝青材料設計上占關鍵的再生瀝青比(Recycled Binder Ratio, RBR)可以較低而不必使用特別的再生劑，充份應用刨除料中的瀝青量，成功地在州際公路（I-90）的Rockford段試鋪案中試鋪，使橡膠瀝青混合料變得更「綠」又不會濫用，既降低環境衝擊且又提高路面品質。[8](詳參「 降低環境衝擊且又提高路面品質」)
綜合歐美以廢輪胎橡膠瀝青達成減碳的論述與實踐經驗，廢輪胎橡膠循環經濟推動道路養護減碳技術的背景示意如圖4所示，本研究歸納出重點如下：

  1. 因廢輪胎橡膠瀝青較改質瀝青慢進入市場，又需特殊的拌合設備，加上異味較重的顧慮，有必要引進新式機械發泡拌合技術，至少可降低製程溫度20度，不但減少異味也大量降低營運碳，有利在大都會區推行。
  2. 橡膠瀝青養護路面的隱含碳部份，應以加入瀝青路面回收料降低，再推展用機械發泡工法拌製來降低營運碳，則溫拌橡膠瀝青混凝土的碳排量將比傳統瀝青混凝土低。
  3. 在鋪面結構設計方面應推展長壽路面設計觀念，用總厚度約20公分的三層瀝青鋪面做為面層，且在中間層允許使用高刨除料添加量的再生瀝青混凝土；材料配合比設計方面則應以平衡配比設計搭配道路養護成效式規範來達成。
  4. 基於無法衡量就無所謂改進，建立瀝青路面養護材料碳足跡管理體系，才能使瀝青路面回收料及廢輪胎橡膠粉改質的環境效益獲得普遍重視。(詳參「鋪面生命週期評估與瀝青混合料的環保產品聲明」)

圖4　廢輪胎橡膠循環經濟推動道路養護減碳技術背景示意圖
（資料來源：本研究參考文獻[2]製做） 

參考文獻

  1. 中華鋪面研究室部落格文章，溫拌技術使橡膠瀝青更環保，入站時間2022年6月。
  2. Heather Dylla, Sustainable Pavements Program Update, NRRA Research Pays Off Webinar Series, FHWA, June 15, 2021
  3. Ammann Group, LOW-TEMPERATURE ASPHALT WITH AMMANN FOAM®, www.ammann.com
  4. S Reeves, A Hewitt, A Pepler, Review and update of the asPECT carbon foot printing tool for asphalt road pavements, Transportation Research Lab, 7th July 2020.
  5. Willian G. Buttlar and Punyaslok Rath, State of Knowledge Report on Rubber Modified Asphalt, on behalf of USTMA and The Ray, Final Report, May 25, 2021. 亦可參中華鋪面研究室發文「美國輪胎製造商協會提出廢輪胎橡膠改質瀝青知識現況報告」
  6. Amlan Mukherjee, Update to the Life Cycle Assessment for Asphalt Mixtures in Support of the Emerald Eco Label Environmental Product Declaration Program, Michigan Tech for National Asphalt Pavement Association, June 2021.
  7. Tarmac website: Rubber Modified Asphalt – Turning old tyres into new roads.
  8. S. T. A. T. E. Testing L.L.C., Project Portfolio - FRAP Fractionated Recycled Asphalt Pavement.
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