循環經濟:玻璃面板回收的華麗變身

電腦淘汰以後,玻璃面板怎麼辦?破碎掩埋,然後黯然離場嗎?台灣作為面板生產大國,製程的不良品和消費者淘汰的電腦、電視,手機面板,一年大約有8000公噸,怎麼回收處理?太陽能板壞掉之後,如何做到不破壞表面的玻璃面板,將玻璃面板完整回收,同時,又可以將裡面高價的矽晶片完整取出再利用?

液晶玻璃面板的回收再利用

在工研院材料與化工研究所裡,工作人員把液晶玻璃面板中的液晶抽出後,將玻璃面板破碎,經過高溫改質成奈米多孔洞材料。這種材料可以吸附電鍍業酸洗廢水裡的重金屬,如此,不但可以回收銅、鎳、鉻等,處理過的水,也可以再使用。

在彰濱工業區一家電鍍工廠,金屬零件在電鍍槽裡上上下下,零件每出水一次,就有不同面貌,零件本來是陶土般的磚紅色,一會兒,又變成玫瑰金的光澤。「這裡面有焦磷酸銅、焦磷酸鉀,我們電鍍要用這種藥水,然後產生一個光澤。」電鍍工廠總經理蔡萬寶說明。

金屬產品為了上色防鏽需要電鍍處理

電鍍槽裡,含銅的藥水呈現藍色系,含鎳的藥水呈現綠色系。在彰濱工業區的金屬表面處理專區,以往這些電鍍後的廢水會集中起來,用化學混凝沉降法來處理。「它是用高分子絮凝劑,把這些廢水中的重金屬抓下來,之後就會產生大量重金屬污泥,這些污泥一來,會有異味,再來它是固體廢棄物,二次污染,而且污泥處理費是越來越高。」「現在處理只能做固化掩埋,或是後續一些海拋,對環境都不是太好。」工研院材化所化學分析實驗室經理呂健瑋說。

電鍍處理後大量重金屬污泥如何去化也是頭痛難題

工研院材化所的設計,是將電鍍槽裡含銅、鎳、鉻的廢水,分別引進過濾器裡。每個過濾器裡有100公斤的奈米多孔洞材料,這些多孔洞材料看起來就像粗鹽巴,但真不能小看。工研院材化所應用化學研究組組長洪煥毅說,「我們把這種玻璃裡面打了非常多的洞,這種洞非常小,是奈米尺度的,打完之後,這種玻璃一克,表面積相當兩個籃球場,所以我們在彰濱工業區裝的一百公斤管柱裡,吸重金屬廢水,相當於五萬個籃球場面積。」

含有重金屬的廢水進入含有奈米多孔洞材料的過濾器抓住重金屬後,廢水可再次使用到製程

但這麼巨大的表面積,又是用什麼原理來抓取路過的重金屬呢?「我們當初就把它設計成玻璃會帶負電荷。一般重金屬是帶正電荷 ,負電荷和正電荷會相吸,所以當整個玻璃的表面都是負電荷的時候,正電荷一去,就把它抓住了。」洪煥毅說。

利用回收的玻璃面板製成的白色奈米多孔洞材料,吸附各種重金屬

過濾後的廢水可以回收再利用,電鍍廠董事長林振東表示,「水如果要認真算,倒是可以省下三分之一以上。如果一開始都用這個,很省錢,因為這個水處理完回到現場再使用,可以節省一些水,而且都合乎標準,就沒有再處理的必要。」

而吸附了重金屬的多孔洞材料,利用化學藥劑脫掉重金屬之後,可以循環再利用,但為了減少再使用化學藥劑,也為了去化每年這麼多的玻璃面板廢料,工研院利用多孔洞材料可以吸濕除濕的特質,陸續開發出建材壁磚等等。

太陽能板的回收再利用

回收再用的循環經濟,是現代經濟發展的當紅概念,最好是產品在設計生產的時候,就要考慮到:怎麼回收才好?太陽能板的回收,是一個從源頭改變設計的好例子。

全球從2025年開始,就會進入太陽能板二十年壽命的汰換潮,台灣預計從2030年開始,進入汰換週期。那麼回收以後,可以循環再利用的是什麼?「能夠取出不會破的矽晶片,就有辦法透過一些剝除方法,清出非常乾淨、可再使用的矽晶片出來。」工研院材化所副所長賴秋助說,「尤其這個矽,如果回到矽的原始生產路徑,減的碳排就更多了。矽過去一兩年價格飆得滿高的,高純度矽物料能夠循環,對整個半導體工業來說,是很重要的減碳作法。」

淘汰的太陽能板如果能夠將其中的矽晶片完整回收(左),就可以減少製程中的高碳排。

但要完整取出矽晶片,很難。太陽能板最上面是一層高透度的玻璃面板,裡面有太陽能電池矽晶片,晶片上有銀等金屬,最下層是一層背板。這中間有黏度很強的EVA,把所有東西緊緊黏在一起,很難分開。目前國際上的回收法,都是把太陽能板整個破碎,再層層分篩,但最後,還是有分不開的。

粉碎後的太陽能面板,仍可看到EVA和玻璃面板緊密相黏   畫面提供:環保署

破碎後的材料,或者混進混凝土,或者進煉鋼廠熔爐吸附雜質,經濟效益很低,有沒有更好的回收方法?把高價的矽晶片和銀,都回收再利用?「EVA這個材料,是造成矽晶片難拿回的原因」,賴秋助說,「如果去花很多心思思考這個東西的拆解,其實非常痛苦。所以在循環經濟裡面的說法,重新定義跟設計你的產品,讓這件事將來好拆,是要從源頭來設計的,我們概念是這樣子。」

EVA加熱很容易產生氣體,氣體會把矽晶片炸掉。於是工研院就在矽晶片的外面,包覆一層熱塑性透明材料,「當我們加熱拆解太陽能板的時候,這個熱塑性材料,就變成具有流動性、液態的,然後EVA加熱會汽化。汽化氣體遇到液體,就有點像彈性的東西,所以氣體流動以後,這個東西還是維持住,矽片就不會再破了。」賴秋助解釋,「這是一個重新設計產品,接近於全循環的概念。」 


太陽能每一個GW的裝置發電量,代表大約有4.2萬噸的玻璃面板設備。目前全世界太陽能裝置發電量,已經超過713GW。而單單筆記型電腦,2021上半年全球面板出貨量就有1億3,410萬片。

我們生活中的每一種玻璃面板,因為使用目的不同,都夾雜不同的金屬或塗料。如何安全而有效的回收,繼續考驗科技不斷進步,物慾不斷膨脹的人類。

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