塑料 - 實現新能源轉型、改變行業格局

根據國際能源署（IEA）的最新資料，預計2023年全球可再生能源新增產能將飆升107 GW，達到440 GW以上，增長創有史以來最大，其中佔三分之二的增長來自光伏（PV）發電。

現時越來越多太陽能電池板部件都採用塑料製造，如封裝膜、背板、面板、結構件和其他部件，在光伏系統的發展中擔當重要角色。

以塑料取代玻璃和鋁，不但有一系列優勢，包括輕身、製造成本低、效率高及性能優良，還可以防潮、耐高低溫和防紫外線。

由於塑料比玻璃和鋁輕，因此所製成的太陽能電池板可以安裝在更多屋頂上。多家太陽能電池板製造商都開發了有利環保的輕質產品，提高了應用光伏的可持續優勢。

太陽能電池板製造商Solarge與沙特基礎工業公司（SABIC）合作開發了輕質低碳太陽能電池板。採用SABIC特種聚丙烯（PP）混合物生產太陽能電池板，可減輕50%以上的重量，以及減少超過25%的碳排放。

另一家製造商Merlin Solar也推出了結構更堅固的太陽能電池板，由於採用塑料前擋板，而非玻璃，所以重量遠低於標準產品。

韓國LG化學公司的LUPOY EU5201，是一種以丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（ASA）和聚碳酸酯（PC）為基體，並利用玻璃纖維增強的工程塑料。這種堅固而輕身的材料適合代替鋁材，應用於太陽能電池板框架。此外，這種材料也可利用消費後回收（PCR）的聚碳酸酯來生產。

利用塑料來製造的太陽能電池板，還可節省生產時間和成本，而不影響產品的功能和耐用性。博祿（Borouge）的Quentys封裝薄膜和用於背板的PP混合物，不但具有優異的抗紫外線性能、高防水性，而且其層合過程也毋須任何化學反應。

博祿還為漂浮光伏（FPV）系統提供食品級高密度聚乙烯（HDPE）材料。耐環境應力開裂（ESCR）的HDPE具有優異的機械性能，提高了耐用性和可回收性。

雖然風能作為可再生能源具有優勢，但製造成本高仍是一大挑戰。由於風力渦輪機葉片佔風力渦輪機成本的20%-25%，經過優化設計的輕量葉片可令風能更具競爭力，有利普及。

先進聚合物材料具有輕身、性能優良的特點，為新型風力渦輪機葉片設計創造機會。長葉片已成為新興趨勢。採用輕質材料可製造更長的葉片，以進一步減少靜態和動態負載，不但有助減少維修需求，更可延長葉片的使用壽命。

聚氨酯（PU）樹脂和塗料在風力渦輪機葉片製造方面，具有性能優良、成本低的優勢。與傳統玻璃纖維增強環氧樹脂葉片相比，PU葉片具有更佳的機械性能、製造工藝更具成本效益，稱得上是技術的躍進。與傳統環氧樹脂複合材料相比，PU複合材料與PU浸漬工藝相結合，可提升纖維基質比，從而增強其機械性能。

為風力渦輪機葉片生產特大纖維複合材料時，由於PU樹脂的黏度低，所以浸漬速度較快。此外，PU樹脂還具有固化速度快的優點。同時，PU前緣保護（LEP）塗層具有極高的耐用性，侵蝕保護能力極強，可降低維修頻率和成本。

在科思創（Covestro）與風電工程顧問公司bewind聯合進行的一項研究及發現，與典型海上風力發電場使用的標準代替產品相比，其PU解決方案能有效將製造成本降低8%。

科思創PU樹脂具有黏度低、固化時間短的特點，可大幅縮短葉片生產週期，從而縮短佔用的模具時間，降低每個葉片的材料和勞工成本，以及減少相關的能源消耗。採用可回收材料更可進一步帶領風能行業走向循環經濟發展。

零廢葉片研究聯盟（Zero wastE Blade ReseArch，ZEBRA）最近成功完成首個可回收風力渦輪機葉片的全尺寸驗證測試，並生產了第二個可回收熱塑性塑料葉片。

第二個葉片長77米，是世界上首個使用阿科瑪（Arkema）回收熱塑性塑料液體樹脂Elium製造抗剪腹板的風力渦輪機葉片。抗剪腹板是葉片的重要結構部件。

Elium複合材料部件可以使用先進的化學回收方法進行回收。化學方法可完全解聚樹脂，並將纖維與樹脂分離，再生成為全新的原始樹脂和高性能玻璃纖維，以備重複使用。

氫氣在燃燒時幾乎不產生溫室氣體，是新興的低排放能源模式，可減少重工業和交通運輸的碳排放，如燃料電池汽車（FCV）和飛機等。

為了加快氫和燃料電池技術的工業化，需要輕量、防洩漏和用於運輸與儲存的安全儲罐系統是非常重要。對於高性能車輛和飛機而言，部件的輕量化尤其重要。塑料和纖維是生產油箱的首選材料，非常輕身，適合安裝在車輛和飛機上。

用於儲存氫氣的複合材料壓力容器（CPV），如碳纖維增強塑料（CFRP）壓力容器，一般都有一層熱塑性塑料內襯，周圍被纖維包覆。CPV可耐腐蝕，能代替鋼製儲罐。

日本材料供應商東麗（Toray）提供具有高抗拉強度的超高強度碳纖維TORAYCA。這種材料可增強氫氣儲罐的強度，能夠耐受壓縮氫氣的極高爆裂壓力。

氫氣分子小，會通過塑料擴散開去。為克服此挑戰，考特斯（Kautex）採用特種聚醯胺（PA）開發了具有高阻隔性能的氫氣儲罐。

氫氣儲罐由熱塑性塑料內襯和纖維纏繞層組成，可提升機械強度，以確保安全。內襯層可承受較高的機械應力，耐受溫度範圍為-60 °C到+120 °C。

該塑料加工技術供應商還開發了特殊擠出吹塑技術，成功製造用於氫氣儲罐的特大容量PA內襯。

值得一提的眾是，新型生物基材料有助提高氫氣儲罐的可持續性。在歐洲推行的新項目CUBIC，將利用從木質素和植物油提取的100%可回收中間體，開發適用於氫儲罐製造的材料。

發展氫能和水電網絡需要可靠的氣、水管材，而塑料電纜保護管則可發揮保護電線和電纜的作用。與金屬或混凝土相比，塑料管材更耐用、更耐化學品、耐腐蝕，而且輕身和易於安裝。

鋼管很難適應地形或其他崎嶇的環境。塑料管材，如PE和HDPE管材，不但柔軟度高、適應能力較強，而且不易裂開。交聯聚乙烯（PEX）具有極高的柔軟度和耐久性，可承受極端壓力，廣泛應用於管道。

對於離網可再生能源，鋰離子電池是主要儲能裝置，而集流膜更是連接電池和外部電路不可或缺的部件。

傳統的集流器使用鋁箔和銅箔製造，而新式“金屬-聚合物-金屬”三層結構的複合集流器膜，安全性較高。

這種複合集流器膜的結構超薄，可提高電池的能量密度，分別節省66%的銅材和85%的鋁材用量，有助減少生產過程中的碳排放。

經過驗證，雙軸拉伸技術非常適合複合集流器膜，不論順序拉伸或同時拉伸工藝，都可滿足製造要求。

德國機械製造商布魯克納（Brückner）在旗下的技術中心進行了一系列測試，確定了最佳工藝條件範圍和薄膜性能。其薄膜拉伸生產線（包括連續拉伸和同時拉伸生產線）已獲亞洲薄膜製造商訂購，以進一步驗證此技術概念的實用性。