由能源轉向物質循環--廢輪胎回收再利用於道路鋪面
(本稿件刊載2014年「土木水利」第41卷第6期)
邱垂德/中華大學營建管理學系教授
廖保雲/環保署資源回收管理基金管理委員會環境技術師
徐敏晃/財團法人台灣營建研究院組長
凃哲維/財團法人台灣營建研究院工程師
前言
行政院環保署自1989年即開始推動廢輪胎資源回收工作,讓廢輪胎成為有價回收物,不但減少產生廢棄物,更大幅提升資源循環再利用成效。我國廢輪胎以物理機械破碎方式處理,將廢輪胎破碎產生膠片及膠粉,再分別利用。例如作為輔助燃料,提供造紙業、汽電共生廠及水泥製造業使用,或交由熱裂解廠處理製成裂解油,整體資源化的比率達98%以上。
國內廢輪胎回收後,主要經破碎處理成為膠片,其中約80%提供汽電共生、水泥、造紙等類型的工廠,做為廠內鍋爐設備輔助燃料;15%則再磨製為膠粉,經加熱膠結可製成透水磚、防撞設施及地墊等橡膠製品;其餘5%則用為熱裂解原料。綜觀世界各國廢輪胎資源再利用的趨勢,已漸由「能源利用」轉向「物質利用」,為營造節能減碳之發展環境達成減碳目標,開拓廢輪胎轉向物質再利用成為國內的重要課題。
本研究分析國外廢輪胎物質再利用途徑,發現將磨製的橡膠粉與瀝青拌合後,製成橡膠瀝青混凝土做為路面鋪築的材料,具有最高的整體能源效益,鋪築的路面經美國、日本及歐洲各國多年的實務應用驗證,可有效提昇道路服務績效,是創造工程與環保雙贏的再利用方式。國內廢輪胎處理業已具有磨粉技術,若能開拓橡膠瀝青市場,還能提昇廢輪胎處理業者設備產能及產值,然因拌製橡膠瀝青需要特別的設備,搭配的瀝青混凝土亦有不同的配合比設計,加上路面工程是公共工程,需要公部門的政策支持才能開拓市場。本文說明近二年研究團隊在分析並開拓廢輪胎橡膠瀝青市場的主要成果,及目前執行中的試驗路面計畫,並且展望「延續輪胎生命守護道路安全」的策略目標。
廢輪胎處理及資源化路徑
輪胎主要是由橡膠、鋼絲、纖維與碳黑所組成,圖1為一般市售轎車胎之橫斷面圖[1],由圖可知,除了兩條胎唇鋼絲外,整個胎體皆佈滿鋼絲環帶,胎面下以尼龍加強,胎唇趾部份則會以纖維加以保護。在輪胎的各部組成中,橡膠成分約佔總重的60至70%之間,隨著輪胎應用範圍的不同各式的組成亦略有變化,根據美國聯邦公路總署(Federal Highway Administration, 簡稱為FHWA)之研究報告[2],將輪胎依其使用特性區分為轎車胎與貨車胎兩種如表1所示,轎車胎的重量約9.1公斤,其中可回收橡膠的重量介於5.4至5.9公斤(60%~65%)之間,此中天然橡膠的含量約為35%,合成橡膠的含量約為65%,而貨車胎的重量約18.2公斤,可回收橡膠的含量也約介於60至70%之間,但天然橡膠成份則佔65%,高於合成成份的35%;可回收的鋼絲部份,貨車胎約佔27%,小車胎則只有15%;纖維及雜質部份,則貨車胎只有3%,轎車胎則高達15%。
圖1、一般轎車輪胎的橫斷面圖[1]
若將輪胎之主要組成元素與一般常用的燃料比較,可得表2,由表2可知輪胎因灰份較煤低而有比煤高的熱值,又因含硫成份較重油稍低,而可以用在具有燃燒的製程中,作為輔助燃料[3]。
在石油化學工業發達以前(約在1910年左右),天然橡膠取得不易且價格昂貴,橡膠製品中約使用50%再生橡膠;到了1960年,由於價格便宜的合成橡膠,一般橡膠製品只約含有20%再生膠,自此以後,合成橡膠愈來愈便宜,而輪胎製造則進入硫化橡膠及鋼絲加勁的高品質「輻射胎」時代,目前製造輪胎採用的橡膠原料,只有使用約2%再生橡膠,隨著汽車工業的發達,廢輪胎的資源化處理遂成為20世紀末的重要議題。
廢輪胎的可能處理方式如表3所示,表中所謂的排序號由小至大,代表該種處理方法對環境的相對損害程度,序號愈大對環境的危害愈大。表2中的掩埋處理,乃因廢輪胎體積龐大且長期不易腐化,常會在掩埋過程中移動而突出掩埋地面,或破壞掩埋場之防漏包覆層,若與垃圾混合掩埋,則垃圾沼氣自然起火時,混雜高熱值的輪胎可能引發大火,對環境的危害最大;至於排序為6的妥善堆置以等待日後有效處置,亦有成為病媒蚊溫床之顧慮;熱裂解因需大量的能源,且所得產品的品質不穩定而使經濟效益過低,排為第5;而作為輪胎衍生燃料(Tire Derived Fuel,簡稱為TDF),則是對環境危害較小的資源化方式,分別排為第3及第4,但若以整體環境資源再生的觀點,將廢輪胎以原產品或原料之方式再利用(Tire Derived Material, 簡稱為TDM),才是足以降低工業橡膠需求量,對環境質量影響最小的處理方式,故為廢輪胎資源化處理的較優先選擇。
依據美國環保署(U. S. EPA)公佈於網站上的資料,於2003年的統計資料顯示,扣除1,600萬條翻修成再生胎後,年產出2億9仟萬條廢輪胎,其中約44.7%用作TDF,19.4%用在各種土木工程專案中,7.8%回收成橡膠顆粒製成橡膠製品,4.3%回收成橡膠粉末做為路面瀝青混凝土中添加的改質劑,3.1%則被運往其它國家,3,7%被用做農業及其它用途,但仍約有9.3%送到掩埋場,這是因為美國各州自治,仍有8個州沒有禁止廢輪胎掩埋的規定。圖2為美國橡膠製造商協會(Rubber Manufacture Association)公佈的較新資料[5],美國廢輪胎的產生量逐年增加至2009年,2011年則大量降低,以再利用途徑來看,亦即圖中的百分比分佈,輔助燃料從2007年開始逐年降低,橡膠粉、再生胎、及出口等TDM則逐年增加,有明顯的由TDF轉向TDM的趨勢。
自2006年起全面禁止廢輪胎進入掩埋場的歐盟,除了注重輪胎的原型再用外,仍以TDF為主要的再利用途徑,2001年的統計資料顯示有22%用作TDF,當時有約31%掩埋或堆置,已有約16%回收成橡膠製品,8%作為土木工程用,7.5%出口;較新的統計資料是由歐洲輪胎及橡膠製造協會(European Tyre & Rubber Manufacturer's Association, ETRMA)於2011年公佈[6],如圖3所示(ETRMA, 2011),2010年產出約330萬公噸廢輪胎中,只有4%為掩埋,38%用作TDF,40%用作TDM,由1996至2010年的再利用途徑變化,可明顯看出再生胎、再用、及出口相對穩定,TDF及TDM明顯分攤了以往的掩埋量,2009至2010年,TDF減少了3%,而TDM則增加了10%,TDM已經正式成為最大宗的廢輪胎資源再利用途徑。
由能源再利用轉向物質再利用是有科學依據的正向轉變;根據美國的相關研究顯示,生產一個輪胎平均需要用電32度,生產一個輪胎所需的橡膠則要用電25度,但將一個廢棄輪胎移作TDF的發電量平均則只有9度電,改將廢輪胎切割研磨成橡膠粉則只需要1.2度電,除了能源效益低也就是經濟上的不划算外,TDF的燃值雖然比煤高,但燃燒產生的污染排放量卻遠高於許多化石燃料,故以環保的觀點來看,TDF也劣於TDM;由美國環境研究與教育機構(The Institute for Environmental Research and Education, 簡稱為IERE)2009年出版的「廢輪胎產業的碳足跡報告」,分析美國約16%的廢輪胎處理業的碳足跡,可以整理成以下五點[7]:
- 將廢輪胎用作能源雖比用煤減碳20%,但比其它化石燃料排放較多二氧化碳。
- 回收廢輪胎橡膠的主要碳足跡發生源為切割研磨處理廠的用電,及廢輪胎運輸路程使用的柴油。
- 回收輪胎橡膠的平均碳足跡為124 kgCO2e/公噸,回收廠的規模愈大碳足跡愈小。
- 路面工程使用的瀝青的碳足跡為840kgCO2e/公噸,單以材料來比較,將回收輪胎橡膠用作路面膠結料,比一般瀝青減碳3至7倍。
- 若在橡膠成型製品中使用回收輪胎橡膠,減碳4至20倍。
日本的廢輪胎回收率一直維持在80%~90%之間,自20世紀末到2011年的10年間,歐洲各國的回收率平均值由50%提昇到超過90%,美國則由70%提昇到80%,亞洲是傳統回收橡膠的基地,印度及中國大陸又是人口眾多汽車工業成長快速的地區,未來將由處理他國廢輪胎轉變處理自已的廢輪胎,加上近年來化石能源的價格偏高,頁岩氣的開發使多碳中間物的產量降低,橡膠產業很可能在2020年就會面臨料源不足的困境[8],將廢輪胎以TDM用回橡膠產業更將成為主流。
我國的廢輪胎處理機制及推動橡膠瀝青路面之決策
台灣地區地狹人稠且資源缺乏,適當處理回收資源為政府一貫的政策,行政院環境保護署「資源回收管理基金管理委員會」於1997年推動「資源回收四合一方案」,以製造輸入業者繳交之「回收清除處理費」成立資源回收管理基金,補貼回收處理系統,延伸業者責任,並以有效管理作為,如稽核認證等方式,期望將可回收再利用物質加以再利用,以達環境永續發展目標。從事廢輪胎處理須依據「應回收廢棄物回收處理業管理辦法」規定,辦理回收業及處理業登記,另依「廢輪胎回收貯存清除處理方式及設施標準」進行相關清除處理工作。現行國內對廢輪胎之回收方式採由處理業負起廢輪胎回收清除責任,由其自行派車或委由他人至可能產生廢輪胎地點進行回收,或與廢輪胎回收業者及清潔隊藉由市場交易機制買賣廢輪胎,以確保處理業處理來源之不虞匱乏,並以公告費率的方式向責任業者課徵回收清除處理費用,再以公告統一補貼費率方式委託下游回收處理業者進行回收處理工作,以提高回收處理業者之處理意願,如圖4所示,此方式可使廢輪胎回收後直接送至處理廠處理,以大幅降低廢輪胎貯存導致的環境問題與成本。
根據環保署民國102年的資料統計[9],取得地方環保機關核發廢輪胎回收業計81家,取得廢輪胎處理業核可並受補貼業者有16家;民國88年至101年間廢輪胎稽核認證量維持每年10萬公噸左右,據中華經濟研究院的分析,這些稽核認證量約占廢輪胎總產出量的70%,其他未進入稽核認證體制的廢輪胎,主要包括廢輪胎翻修再使用(即再生胎)12%,中古胎約占4%,其他使用及自然磨耗占其餘的14%。至於受稽核認證的廢輪胎則主要是切割處理成橡膠碎片及分離其中的鋼絲,橡膠碎片販售為TDF(56%),鋼絲依鋼材回收,其餘約14%(大部份是鋼絲及天然橡膠含量較高的貨車胎)則再經切割、研磨、篩分,產出再生橡膠粉,做為成型橡膠製品的添加料。依此,綜合整理台灣地區廢輪胎的再利用途徑,如圖5所示。
廢輪胎報廢量易受經濟景氣影響,延遲報廢不但造成回收量減少,也會產生廢輪胎堆置產生的環保問題;另一方面,廢輪胎回收量分配於全體廢輪胎處理業,皆低於各家業者之處理申請量,造成廢輪胎處理業產能利用率偏低,不但無法有效運用處理廠各設備資源,部分處理業者會為了取得更多廢輪胎,利用補貼費競爭購胎衝量,造成產業之間惡性競爭。根據民國102年9月份環保署稽核認證月報統計資料,進廠收購價格主要分為大車胎(鋼絲大胎、尼龍大胎)及小胎(轎車胎、機車胎、腳踏車胎)2種,平均價格為2.0元/公斤(含運費),輪胎收購價格會因各時段處理廠對廢輪胎貨源需求不同有所變動,近期因南部地區新設廢輪胎處理業(非稽核認證業者)對外高價收購廢輪胎,導致近期大、小胎平均收購價格均略為上升,但在回收清除處理補貼費用3.2元/公斤的機制運作下,目前對膠片、膠粉的價格並未產生影響,TDF膠片平均賣出價格約為1.3元/公斤,TDM膠片的平均賣出價格則為2.4元/公斤,再研磨製成的回收橡膠粒平均價格則在4.5元/公斤。
以占多數的TDF膠片來看,處理業者以2.0元/公斤購入廢輪胎,經切割處理後用1.3元/公斤賣出,直覺上就是賠本生意,處理業者對3.2元/公斤的補貼費的依賴度相當高,雖然是現行回收處理機制下,出現「處理業者依賴補貼費率生存」的特別現象,但在這樣的市場環境下,處理業者很難有創新及研發等活動,不利於產業的正向發展。依照歐美國家的發展經驗,處理業者的創新及研發扮演重要的角色,尤其是在亞洲地區,台灣業者具有較高的環保水準,也有創新研發的能力,因此,提高處理業者的產值,將TDF轉向較高市場價值的TDM為近期內最重要的決策。
橡膠瀝青路面是經實證的高效應用途徑
橡膠瀝青是用在熱拌瀝青混凝土的一種膠結料,依照ASTM D8的定義,橡膠瀝青「是一種由瀝青膠泥、回收廢輪胎橡膠粉、及視情況添加的其它摻料所組成的混合物,其中的橡膠粉應至少佔總重量的15%,且與瀝青膠泥有足夠的交互作用而使橡膠顆粒產生膨脹反應。」技術原理可示意如圖6,瀝青膠泥中的油類在高溫下進入橡膠顆粒中使其膨脹,這些油類並且進一步與橡膠顆粒進行反應結合成膠質,故使瀝青材料黏度變高且具有橡膠固有的彈性;在工程實務上,橡膠瀝青的物理性質必需符合ASTM D6114的規定。用高溫及高能量拌合的目的,在於促使瀝青膠泥與橡膠顆粒產生物理性反應,並使橡膠顆粒保持懸浮在瀝青膠泥中不產生顆粒沉澱分離。簡單地說,橡膠瀝青是由廢輪胎粉末與瀝青拌製而成,且做為瀝青膠泥使用的材料,在ASTM中有明確的定義及性質規範,也已被許多州公路單位和地方市政府採用,主要用在熱拌瀝青混凝土的膠結料。
橡膠瀝青因廢輪胎回收橡膠的加入及高溫下反應產生的膠質,用來裹覆在砂石粒料的表面時,與一般瀝青相比較有下列二項重要的不同點:
- 與砂石拌合時裹覆於砂石顆粒周圍的橡膠瀝青膜厚度較厚且因黏度較高而不會在運輸與施工過程中流失。厚的瀝青膜使路面較能抗老化而耐久。
- 裹覆於砂石顆粒周圍的瀝青因含橡膠顆粒及膠質而具有較好的彈性,可反覆承受較多荷重而不產生永久變形,也較不容易產生疲勞龜裂。
瀝青混凝土的耐久性主要掌控在裹覆於砂石粒料的油膜厚度上,在具有適當的整體空隙率的先決條件下,油膜愈厚愈是耐久;而路面的抗疲勞龜最及抗變形能力,也直接與瀝青膜的黏彈性性質相關,黏度較大者較能抗變形,而彈性成份較多者較能抗疲勞,一般瀝青黏度高者彈性成份低,橡膠瀝青則因回收橡膠顆粒的熔入而提高了彈性特性,既有助於抗變形,亦能有效抗龜裂。這種由工程實務觀察提出的機理,已經由多年的實際路面成效驗證,橡膠瀝青可以有效地抑制鋪面龜裂,耐久而節省養護經費,鋪築的路面不但平坦行車舒適,且具安全所需的抗滑性,行車噪音量也較一般瀝青鋪面低;非但如此,若以降低能源需求及減少二氧化碳排放的觀點來看,橡膠瀝青也是對環境較友善的材料。更重要的是,橡膠瀝青是當今廢輪胎的最佳物質再利用途徑之一,可說是促成工程、經濟、與環境三贏的材料。若要挑出缺點,則也是源自瀝青膜中的回收橡膠顆粒,這些橡膠顆粒並沒有「溶解」,因此需要有適當的粒料間空隙才能不被「擠出」或是排擠細粒料,反應到橡膠瀝青混凝土的配比設計,就是需要用不同的砂石顆粒分佈來搭配,所以,大部份的成功案例都是採用中粒徑砂量較少的越級配及開放級配上。
美國橡膠瀝青技術發展至今有50多年歷史,應用推廣在高速公路和城市道路鋪面上,產製技術已相當成熟,尤其是在加州、亞利桑納州、德州及佛羅里達州,已將橡膠瀝青視為常規的公路鋪築材料,且有完整的品質規範依據。在急需處理大量廢輪胎堆置問題的1990年代,美國聯邦政府曾經強制規定鋪設橡膠瀝青路面,啟動橡膠瀝青路面在美國公路上試鋪的高潮,該法案雖經其它利益團體遊說而只執行了一年,美國的廢輪胎資源回收管理走回自由市場機制,然已有足夠實證成效經驗,基於這些路面的客觀成效,加州政府乃透過公共資源條例第338條規定,強制要求州內公共道路工程機關自2007年起,必須有20%的柔性路面採用橡膠瀝青,且逐年增加至2013年的35%。
其它國家方面,加拿大安大略省也早在1990年代開始進行大量的橡膠瀝青試鋪試驗,認定以濕式製程的橡膠瀝青鋪面,確實比一般瀝青鋪面效能好。南非在橡膠瀝青技術是沿用美國加州的規範,經本土化後在當地推廣十分成功,在工程實績中已擁有歷時20~25年的完好橡膠瀝青路面,經實際案例驗證橡膠瀝青適用於重交通的路段。2007年1月葡萄牙政府透過2006年所發佈的廢棄物管理法(Decree Law No. 178/2006 General Waste Management),向歐盟提出於該國內瀝青鋪面工程需強制使用廢輪胎粉的法令請求,該請求於2008年8月通過法令編號為Decree Law No. 46/2008。日本為加強廢輪胎物質再利用循環,由輪胎製造商協會於2002年組成路面低噪音研究工作小組,致力於橡膠瀝青發展與宣傳工作;2003年正式成立日本橡膠瀝青研究會,負責研究本土化的橡膠瀝青產品及技術;產學界也於2005年成立了3R廢舊輪胎促進委員會,進行一系列橡膠瀝青道路試鋪與成效評估工作,並開始大規模鋪設橡膠瀝青公路。中國大陸於2001~2003年交通部公路科學研究院與同濟大學、山東省交通科學研究所等單位,合作承擔西部交通建設科技項目「廢舊橡膠粉用於築路的技術研究」,2007年6月交通部啟動「材料節約和迴圈利用專項行動計畫」,將「廢舊橡膠粉築路應用技術」作為6項重點研究和推廣應用項目之一,並於2011年由交通運輸部發布「公路工程廢胎膠粉橡膠瀝青」標準[11]。
台灣地區的橡膠瀝青推動始於2000年,由行政院公共工程委員會委由財團法人營建研究院辦理「營建資源再利用於公共工程之研究」計畫,協同中華大學團隊進行橡膠瀝青試驗道路鋪築工作[12]。該計畫於實驗室內對國內產製的橡膠粉與瀝青膠泥進行性質檢測,成功研發出本土化的橡膠瀝青拌製方法,並協請交通部公路總局於第一區工程處轄下臺一線湖口部份路段,鋪築約一公里的橡膠瀝青路面,該路面採用粒徑小於0.6mm的轎車胎回收橡膠粉,搭配越級配的瀝青混凝土配比設計,鋪設完成一年後進行的成效評估,顯示與傳統瀝青路面比較,有空隙率較低、較平坦、勁度較大、抗滑性較優、及行車噪音較低等優點,驗證了美國推動使用橡膠瀝青路面的經驗。後續又曾於2001年在交通公路總局之委託下,第二區養護工程處苗栗工務段轄內台一線100K+380~100K+880路段,進行橡膠瀝青開放級配摩擦層試鋪工作,該次試鋪作業於後續成效評估中得知,橡膠瀝青開放級配摩擦層在平坦度及抗摩擦所需的紋理上,有很好的表現[13],該段路面已服務滿12年且仍在使用中,足證橡膠瀝青具有良好的耐久性。依照本研究的客觀分析,當年推動時並未考量工程主辦機關在發包與技術文件上的作業需求,越級配瀝青混凝土是國內較少採用的設計,而施工廠商的訓練與搭配作業也付之闕如,拌製橡膠瀝青採用的自製設備產量低,拌合廠的生產速率受到延緩,簡易設備的加熱效能較差且逸散較多臭味,加上成本又較一般瀝青混凝土高,儘管成效較佳但無法形成市場規模,再加上當年同時處理廢玻璃回收產生的環境問題,不易對單一投入材料進行準確成效評估及管理,橡膠瀝青投入道路應用因受排擠,沒有後續的公部門經費投入而停滯,相當可惜。
在國內推動廢輪胎橡膠瀝青路面的關鍵點
基於廢輪胎資源應用由能源轉向物質的全球趨勢,環保署於2012年重啟推動廢輪胎橡膠瀝青的計畫,再次委託財團法人營建研究院團隊執行「廢輪胎橡膠瀝青應用技術推廣及輔導使用」專案計畫,該計畫進行廢輪胎橡膠瀝青技術推廣方向研析並對國內道路工程導入廢輪胎橡膠瀝青技術進行準備,執行期間舉辦三場全國性的專家座談會,集合了廢輪胎處理業者、瀝青拌合業者、工程技術顧問公司、道路主管機關、及公共工程委員會代表,共整合了產、官、學、研在推動廢輪胎橡膠瀝青的意見,得到以下四點結論[9]:
- 依國內外廢輪胎橡膠瀝青應用實例經驗,橡膠瀝青材料本身及製程不會對環境產生二次危害,另就鋪面效益上,則展現包括提升車行安全、提高工程服務效益及改善用路交通噪音等面向優勢,足可驗證橡膠瀝青推廣使用的必要性。為利於橡膠瀝青技術的推廣執行,建構利於政策推動的環境是必要的,對工程主辦機關執行上,拌製技術及成效評估等技術資料必先完善,另就後續搭配工程執行所需使用之招投標文件亦須建立,另對橡膠瀝青所能展現的效益上應更凸顯說明,以獲得各機關單位的認可;在業界技術搭配上,須透過有效的技術輔導與指引,方能帶動業者參與的意願,其中包括橡膠瀝青拌製設備的引進與技術操作,需搭配政府有效推廣政策,以增加業界投入意願。
- 目前國內廢輪胎再利用主要是以切割膠片作為輔助燃料,處理業者大部份透過政府公告的回收處理補貼費用平衡處理成本,對於廢輪胎物質再利用的助力有限,對此,透過橡膠瀝青技術的導入,足以提升國內廢輪胎處理技術及廢棄輪胎市場價值,助於國內廢輪胎回收處理業發展,另雖橡膠瀝青材料成本估算3,764元/公噸,高於一般瀝青混凝土價格,但就生命週期成本分析約2年後即開始展現成本效益。另外,經評估國內應朝高速公路及快速公(道)等高交通量、重載重道路養護工程進行推動,最能展現工程及經濟效益。另評估橡膠瀝青國內市場導入量能,根據調查結果,初期設定廢輪胎再生能源轉移至物質的比率為1.3%;長程估計可轉移達12.4%,具推廣可行性。
- 就橡膠瀝青整體產業鏈評估,橡膠瀝青拌製設備的引進是關鍵,其它產製過程包括廢輪胎膠粉處理、瀝青拌合廠拌製、現場施工與橡膠瀝青刨除回收再利方面,經業界調查國內已具技術能力。其中橡膠瀝青拌製設備之選用,搭配下一階段試辦工程的執行,考量成本效益及環境條件,採租借或引進中國大陸設備較具可行性。
- 為利於爾後橡膠瀝青實際工程應用,已彙整包括工程標單、機關推動作業要點、工程施工規範、設計圖說及施工說明書等文件,供後續機關使用依循。就提升橡膠瀝青推廣使用效率方面,建議透過導入廢輪胎回收處理分級補貼機制,以增加廢輪胎回收處理業投入意願;在工程推動方面,則建議從兩方面政策推動,其一為導入國內已推行之鼓勵工程採用綠色建材作業辦法中,納入橡膠瀝青材料,另外建議在工程會所推動之道路工程維護管理評比項目中,納入使用橡膠瀝青材料加分機制。
由於推動廢輪胎橡膠瀝青路面須貫通兩個產業鏈,如圖7所示,圖左側為輪胎與橡膠產業,右側瀝青及路面鋪築業,兩者的現成聯繫是改質瀝青拌合業,依據本研究的調查資料顯示,國內每年的鋪路瀝青用量約為50萬公噸,改質瀝青的市場占有率低於2%,因此,改質瀝青的市場很小,又有不少利益團體覬覦,很難容納回收橡膠粉做為改質劑,況且,橡膠瀝青的拌合需要有特別的機具設備,依照美國的經驗,是由「橡膠瀝青拌合業」來提供。國內尚無此一產業,基於美國推動期間發生的橡膠瀝青拌合業與瀝青拌合業的利益衝突,本研究建議由瀝青拌合業或是廢輪胎處理業,又或是雙方合資投入橡膠瀝青拌合業,以期能有較好的產業聯結。在廢輪胎處理磨粉部份,現有的磨粉廠主要是供應橡膠成型製品,基於此類型產品橡膠品質上的要求,主要是以貨車胎膠片為料源,依據本研究的調查顯示,貨車胎大都已基於自由市場機制流向現有的磨粉廠,故為拓展廢輪胎的磨粉市場,橡膠瀝青暫以轎車胎膠片為料源,且依國內外的成功經驗,膠粉粒徑應設定在0.6mm以下,磨粉場業者雖表示轎車胎膠片磨粉需處理較多纖維,製程較繁複且鋼絲量較低,經本研究調訪及業者座談共商,以本研究初估的購入單價12元/公斤,處理業者可以順利以調整製程甚至更換設備來供應。依此,本研究對橡膠瀝青混凝土的成本進行分析,並與一般瀝青及改質瀝青的成本比較如表4所示,由表可知,橡膠瀝青路面的價格比一般瀝青路面高,但比改質瀝青路面低。
規劃中的試鋪路面
經過一年多的市場調查、專家座談及推廣說明,再經公部門間的政策溝通,初步有交通部公路總局及台北市政府工務局,承諾搭配進行路面試鋪及推廣,環保署並在2014年6月,再次委託台灣營建研究院團隊進行「廢輪胎橡膠瀝青鋪面應用拓展暨監測計畫」,預計透過公路主管機關搭配試辦的機會,投入經費連結廢輪胎處理業與瀝青鋪築業,以期推動廢輪胎橡膠瀝青鋪面的技術生根工作,該計畫的主要目的有下列五項:
- 透過技術輔導及教育訓練,建構國內橡膠瀝青產製及施工能力。
- 經試辦工程品質成效監測,驗證橡膠瀝青鋪面之功能性與工程效益。
- 執行產製、施工階段環境監測,解除大眾對橡膠瀝青使用之疑慮。
- 透過技術交流參訪過程,彙整橡膠瀝青最新發展實務資訊供國內參循。
- 探尋廢輪胎多元化之物質資源化技術,升級處理業之技術能力。
此中的所謂「大眾對橡膠瀝青使用之疑慮」為前期計畫中,召開推廣座談會所獲得的成果,針對這些疑慮,團隊擬定的對策如表5所示。
該專案計畫預計執行至2015年底,預計進行的試鋪案已進入發包階段,根據以往國內推動新材料新工法的經驗,關鍵成功因素是試辦團隊的溝通協調工作,針對這兩段橡膠瀝青路面的試鋪,協辦各單位的權責規劃如圖8所示,由圖8可知本團隊擔任技術輔導的角色,除了在管理面協助工程主辦機關規劃試辦工程外,在技術面上亦須在施工期間,輔導得標廠商檢測確認橡膠粉的性質、橡膠瀝青性質、瀝青混凝土的配比設計、及生產鋪築的品質控制;由於深切體認廢輪胎的物質再利用是永續型社會的必然,及應用在橡膠瀝路面的雙贏特質,工程主辦機關的承辦官員相當積極,團隊的溝通協調順暢,而本團隊租用的橡膠瀝青拌合設備也已經整備完成,在試辦工程中預計進行的成效檢測項目如表6所示,在拌合廠內的環境檢測取樣點的規劃則如圖9所示。
結語
經過多年的努力,台灣地區已經不再有廢輪胎任意堆置、病媒蚊滋生、不時引發大火等影響環境的問題,在現行的資源回收管理機制下,雖廢輪胎的妥善處理率超過98%,廢輪胎資源可獲得確保,但有再利用的途徑過度集中於輔助燃料之隱憂;參酌經濟合作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development,OECD)國家之永續物料管理精神,為減少環境負面效益並發揮經濟價值,使廢輪胎資源由能源利用往物質再利用發展,也就是由「胎得福(TDF)」轉向「胎得材(TDM)」,環保署近年積極開展廢輪胎膠粉的需求途徑及使用量,而拓展廢輪胎橡膠瀝青鋪面應用為近年努力推展方向,透過與道路主管機關搭配之試辦作業,取得環境監測及工程成效監測數據,來顯現材料特性應用於道路鋪面的環保與工程積效,期透過廢輪胎橡膠瀝青鋪面應用來「延續輪胎生命,守護道路安全」,達環境與經濟效益雙贏目標。
參考文獻
- James E. Mark, Burak Erman, Frederick R. Eirich," Science and Technology of Rubber", Academic Press,Inc. , Second Edition .1994.
- Turner-Fairbank Highway Research Center, "The User Guidelines for Waste and Byproduct Material in Pavement Construction," Federal Highway Administration, Scrap Tires - Material Description.
- 楊金鐘,"廢輪胎的有效利用方式:「胎得福」(TDF)燃料",能源季刊,頁114 ~ 132,21卷,1期,1991。
- Kurt Reschner, "Scrap Tire Recycling - an Overview on commercially Available Scrap Tire Processing and Rubber Recycling Methods", June 1999.
- Rubber Manufacturers Association, "2011 U. S. Scrap Tire Market Summary," February 11, 2013, www.rma.org
- ETRMA Annual Report 2012 - 2013, Sustainable ?, European Tyre & Rubber Manufacturers' Association.
- Institute of Scrap Recycling Industries, Inc., "Carbon Footprint of USA Rubber Tire Recycling 2007," November 2009, The Institute for Environmental Research and Education.
- 林國權,產業觀測- 再生橡膠創造黑金新商機,工商時報,2013/12/11
- 財團法人台灣營建研究院,廢輪胎橡膠瀝青應用技術推廣及輔導使用專案工作計畫,行政院環保署委託辦理,計畫編號:EPA-101-HA14-03-A269,2013年12月。
- Rubber Pavement Association, "How to Sell Asphalt-Rubber," Marketing Workshop, June 7, 2000, Paradise Valley, Arizona.
- 陳景,橡膠瀝青應用技術,2010。
- 蘇南、邱垂德、潘昌林等,「營建資源再利用於公共工程-廢玻璃、廢輪胎工地試鋪成效評估」,行政院公共工程委員會專案研究計畫,研究報告153,財團法人臺灣營建研究院執行,民國90年11月。
- 邱垂德、張運鴻,「公路局快速公路採用開放級配橡膠瀝青鋪面之探討」,臺灣公路工程,第二十八卷第十期及第十一期,民國91年4月及5月。