產業脈動

【趨勢專欄】電路板產業 實現循環經濟關鍵

 

訊息提供:PCB Shop 更新時間:2019/01/11

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標簽: 電路板 循環經濟 智慧機械 亞洲 ‧ 矽谷 綠能科技 新農業 環保議題

 

一、前言

政府為加速台灣產業轉型,打造以「創新、就業、分配」為核心價值,追求永續發展的經濟新模式,並透過「連結未來、連結全球、連結在地」

三大策略,激發產業創新能量。因此提出包括「智慧機械」、「亞洲 ‧ 矽谷」、「綠能科技」、「生醫產業」、「國防產業」、「新農業」及「循環經濟」⋯等創新產業,希望作為驅動台灣下世代產業成長的核心力量。

PCB 產業在循環經濟的概念中有二個層次的循環,一為原料投入後經 PCB 材料商再至 PCB 製造商,在 PCB 製造過程中會產生各式的廢棄物( 報廢板、廢化學液⋯),廢棄物經回收廠透過各種回收技術可獲得可重覆使用的資源如銅、金⋯再回流至 PCB 材料商端而形成一個循環經濟模式。另一個循環則為材料順利製成 PCB 後,再應用至各項電子終端產品,經過消費者一段時間的使用後而報廢,這些附有元件的電路板一樣透過回收技術獲得重覆使用的資源如銅、金⋯再回流至 PCB 材料商端而形成另一個循環經濟模式 ( 圖一 )。

近年來,隨著環保意識及綠色生產的概念愈趨重要,電路板產業透過資源重覆使用不但可降低對環境的污染,也可創造額外的經濟價值,如何透過資源回收技術的改善以及商業模式創新的應用, 將是進一步提昇台灣電路板產業附加價值的關鍵。

 

二、PCB 循環經濟具商業價值

( 一 ) 銅為 PCB 最具資源化之回收物質

如圖二所示,PCB 的主要原材料為銅( 銅箔)、玻纖布及樹脂,經由基板廠製造形成 CCL(Copper Clad Laminate,銅箔基板 ),隨後銅箔基板送至電路板廠經過數十道製程,不同製程則會使用加入如金、鈀、化學品、水⋯等物質,除了最終形成的電路板產品外,製程中則會產生如報廢裸板、化學廢液及廢水等廢棄物可回收再處理,而製成的電路板使用後最終報廢亦可回收再處理。而不論是製程中廢棄物的回收或是含元件電路板成品的回收,目前回收再循環利用的金屬以銅為大宗,主要是因為電路板是以銅箔基板為主體的元件,包括蝕刻線路而殘留在化學液中的銅,或是電路板本身之銅線路, 均是可回收再循環的有價銅金屬,另外在電路板的表面處理或是俗稱金手指的接口都有使用金,雖然含量不若銅高但因價值甚高,因此金亦為回收的重要物質之一。

除了金屬之外,化學廢液在提煉出硫酸銅之後,殘留的化學液可經由配方調整為可再循環使用的化學品。至於玻纖布及樹脂則受限於回收技術及經濟效益,因此目前回收的比重並不高,或是回收處理的程度仍不到電子級程度,只能流向其他產業應用如目前有業者用作混泥土沙的材料作成非結構使用的造型磚。

( 二 ) 報廢電路板為富含經濟價值的城市礦山

如圖三示,由於電路板中含有許多金屬甚至貴金屬,因此報廢電路板的經濟價值相當驚人,以黃金為例,一座黃金礦山每噸礦石中含有的黃金量可能只有 2g 左右,而每噸報廢電路板含有的黃金量少則 100g,多則可達 1,500g,因此報廢電路板也常被稱作城市礦山。

目前台灣每年報廢的電路板,若只計算資訊類產品如電腦,報廢量即可達到 100 萬片以上,若再加計其他家電產品則報廢量更可達 200 萬片以上。根據經濟部統計的資料顯示,近幾年台灣每年申報含金屬的製程中PCB 報廢板達30,000 公噸, 至於含元件之成品報廢電路板則有 1,000 公噸,因此僅計算回收黃金之市價即可達百億新台幣以上, 若再加計銅、銀、鈀⋯等金屬的經濟規模更可達數百億新台幣,因此 PCB 循環經濟的落實不僅減低對環境的衝擊,產生的經濟效益更是不可忽視。

三、回收技術為實現 PCB 循環經濟必要條件

循環經濟大略可區分為能源面的節能與再生能源使用、水資源面的循環再利用、原物料面的資源活化再利用三大部分,而透過回收技術達到再循環與再利用相當關鍵。以電路板產業而言,若以廢棄物種類數而言,包括廢板、粉末、空桶、墊片、濾心⋯等固體廢棄物種類數最多,甚次則為各式化學廢液及廢水等液體廢棄物。各式廢棄物的回收技術亦相當多,本文以下擇重點說明:

PCB 廢板廢棄物的處理技術如表一所示,目前台灣回收廠商使用最多的為機械物理處理方法,即透過各種物理方式破壞粉碎報廢板,再透過水洗或是風吹⋯等不同的分撿方式以取得所需的金屬物質。另外,火法回收亦是較為常見的處理方式, 但火法處理僅適用於金屬物質的回收,其餘物質如玻纖布則一律燒 ,除了犧牲其他物質的回收價值外,也有產生空氣二次污染的疑慮。酸洗法、電解法及溶蝕法均為使用化學反應的回收技術,同樣也會有化學作用廢液排放二次污染的問題。至於生物處理法因耗時較長,較不符目前業界生態,一般回收廠商較少使用。表二則詳細列示各式處理方法之優缺點比較。

( 二 ) 化學品廢液回收技術

化學銅溶液其型式概略可依據融合劑的種類來加以區分,有 EDTA 系列與酒石酸鉀鈉系列。廢液處理的難易度因融合劑的融合強度而有程度高低的不同。EDTA 系列的化學銅廢液 Ll 酒石酸系列的化學銅廢液難於處理,這是由於 EDTA 與銅離子的融合能力較強的緣故,目前台灣大多數的電路板工廠都採用穩定性較高的 EDTA 系列化學銅溶液。化學銅廢液極目前回收處理技術包括硫酸亞鐵處理法、鈣鹽處理法、硼氫化鈉還原法、鋁催化還原法及各種催化還原法。

台灣化學品廢液的回收處理技術已經相當成熟,以使用量相當大的蝕刻液為例,經由回收處理產生硫酸銅後,硫酸銅可再精煉成高純度銅循環PCB 產業再利用,或是直接以硫酸銅型態銷售給其他產業使用。至於提煉出銅之蝕刻液可配方後再循環使用。

( 三 ) 廢水回收技術

PCB 製程中會使用水及產生廢水的製程也不少,例如電鍍金屬的廢水,台灣採用傳統之處理程序,依序為氰化物之化學氧化、Cr6+ 還原成Cr3+、pH8~9 間進行中和、金屬氫氧化物沉澱之分離。

台灣電路板廠商廢水大部分都在廠商進行處理,但一般都只處理至符合排放標準即進行排放, 將廢水處理至可回收再利用的比例不超過三成。最主要的原因在於若要將廢水處理至可回收再利用程度,新增的處理設備成本昂貴,且廢水每多一次循環的處理成本都逐次增加,相對於台灣便宜的水價及微薄的補貼優惠,實在不足以誘發廠商提高廢水回收再使用率。

四、國際重要典範案例

電路板產業循環經濟的實現需要許多仰賴眾多環節的整合,包括技術面、營運面、法規面⋯ 等,以下就部分重要環節的成功典範說明:

( 一 ) 台灣衛司特創新商業模式

台灣衛司特為一專業開發廢水/ 廢液處理設備之廠商,原先開發的設備依照傳統模式銷售給電路板廠商,但由於台灣電路板廠商仍慣於向國外廠商購買設備,因此衛司特的設備銷售狀況並不理想。因此,衛司特改變營運模式,將廢水/ 廢液設備免費提供給電路板廠商裝機使用,但廢水/ 廢液處理後所得還原銅之變賣收入必需一定比例回饋給衛司特,此一模式創造了衛司特與電路板廠商雙贏的局面,目前台灣主要的電路板幾乎都有裝設衛司特的設備,衛司特也由一家專賣設備的廠商轉型為銷售服務的廠商。

( 二 ) JX 日鑛垂直整合提高產品附加價值

JX 日鑛為一本身擁有礦場、開採銅礦能力及將銅礦熔煉製成電解銅箔或是壓延銅箔產品之電路板材料廠商,另一方面 JX 日鑛也從事電路板廢棄物回收還原銅之工作,但不若台灣電路板廢棄物處理廠商僅還原為硫酸銅或是粗銅粒⋯等低純度銅,由於 JX 日鑛高度垂直整合的設備投資及技術能力,可將低純度銅再製成高純度之銅及相關產品,更進一步提高循環經濟之價值效益。

( 三 ) 維也納大學及 NEC 新技術導入

前述介紹固體廢棄物之各式處理技術,其中機械物理處理方法相當重要的關鍵在於最後分撿效率及精確度,以便還原出純度較高之金屬資源, 而要提高分撿效率可由簡化物理處理前廢棄物所含物質的種類著手。因此如圖五所示,奧地利維也納大學導入視覺辨識技術,可將固體廢棄物透過視覺辨識先行分類,如此即可減少物理粉碎後之粉末物質種類,提高分撿金屬資源之效率。

日本 NEC 則是導入紅外線技術,用於將電路板上之主被動元件進行拆除工作,系統共有二個拆卸單元,每個拆卸單元包含一個加熱器及一個元件去除器,第一個拆卸單元用紅外線以熔點加熱 70 秒,再用垂直和水平方向將主要元件去除,第二個拆卸單元用紅外線以同樣溫度加熱 30 秒,再將剩餘元件去除。此技術主要目的也是在簡化電路板上之物質種類,由於報廢之電路板上黏著各式主被動元件,若未將元件去除即進行粉碎處理,則粉碎後之粉末含有銅、金、鈀、錫、釸⋯各式金屬,因此利用紅外線先去除電路板上之元件,以利粉碎後之分撿作業更具效率。

五、其他產業廠商實現循環經濟案例

( 一 ) 台積電設定循環經濟 3.0 目標

台積電為實現循環經濟願景,訂定由管末妥善處理線性經濟到邁向循環永續物料管理的不同階段目標。2010 年前為循環經濟 1.0 階段,主軸為回收物質以廠外降級使用為目標,因此回收的物質均回收至其他產業循環利用。2010~2015 年則為循環經濟 2.0 階段,將目標提昇為回收物質再生活化於廠內降級使用。2015 年之後則邁向循環經濟 3.0,希望達到電子級廠內循環使用,並且零廢棄的目標,目前已經達到循環經濟 3.0 成效的案例包括:

• 電子級氨水循環

台積電在製程中使用後的氨氮廢水經過脫氨處理產生硫酸銨後,由經由廠外的專業再利用廠處理生成氨氣後導入製程,藉由兩段式吸收塔吸附不純物,最後由吸收塔生成 29% 電子級氨水, 返回半導體製程循環使用。

• 電子級硫酸循環

台積電製程使用後之廢硫酸,由廢硫酸運輸卡車運送至專業廢硫酸再製廠,經過初級過濾去除雜質後,再由觸媒與高溫純化塔生成無雜質SO3(g) 為主之蒸氣,再由 96% 電子級硫酸及純水吸附生成 98% 電子級硫酸,重新返回廠內半導體製程循環使用。

• 電子級 TMAH 案例

半導體製程使用後之 TMAH 廢液 ( 氫氧化四甲基銨 ) 經由樹酯塔回收處理成 10% TMAH,再由廠外蒸氣濃縮及純化電解成 25% TMAH,返回廠內製程循環使用。

( 二 ) 日月光循環案例

日月光為半導體產業中另一家致力實現循環經濟之廠商,表三為近年推動之成功案例。

六、結論

( 一 ) 環保法規驅使廠商加速實現循環經濟

2017 年 11 月 25 日昆山市兩減六治三提升專項行動領導小組辨公室發出針對吳淞江赵屯等 3 個斷面所屬流域工業企業實施全面停產的緊急通知。由於影響層面大,昆山市官方 25 日晚間緊急開會決定暫緩實施,但也讓廠商對於循環經濟實現更加急迫。

此次列於停產區域內之廠商家數多達 270 家, 其中估計約有 130 家左右之台商,產業範圍含蓋廣泛包括半導體封測、電路板、精密機械工業、電子組裝、化學材料、食品⋯,其中名列在內的台灣電路板廠商包括台郡、嘉聯益、定穎、競陸、南亞電路板及沪士電。2017 年台灣電路板產值 6,192億新台幣,其中僅有約 40% 在台灣生產,而中國大陸生產比重高達近六成,其中華東地區又佔大宗,此次列名名冊在內的台灣電路板廠商,除了南亞電在中國大陸生產比重低於 50%,以及台郡以後段元件 SMT 製程外,其餘廠商在中國大陸的生產比重均在八成以上,可說相當依賴中國大陸的生產基地。停止排放廢水 2017 年初即曾每月不定日實施,因此廠商普遍已有心理準備,而全面停工則超出廠商原有之預期。日後若真的不論廠商排廢之程度如何,全面實施停工令,則對昆山的台灣電路板廠商勢必造成較大之影響,但若是以提高排放標準作為停工與否的依據,則對台灣電路板廠商的影響就較低,主要原因為部分台灣電路板廠商在中國大陸僅從事後段組裝等乾製程,並不會受到提高排廢標準的影響,另一部分廠商則早已預估中國大陸將提高排廢標準,已逐步做好提高排廢標準的準備。

( 二 ) 台灣電路板產業實現循環經濟仍有諸多瓶頸

台灣 PCB 產業循環經濟現況如圖九所示,除了廢液可在還原出硫酸銅後經過配方調整,重新流回 PCB 廠商重覆使用完成循環之外,其餘金屬資源大都必需仰賴國外廠商才能完成。以電路板最大宗的循環金屬資源銅為例,不論是固體廢棄物或是廢液所還原出來的銅( 硫酸銅、氧化銅、粗銅粒), 皆是純度不高的粗銅,並不能直接用於當作電路板的原材料,必需再經由銅冶煉爐的提煉才能成為高純度銅,然而目前台灣並無銅冶煉爐設備,因此台灣回收廠提煉出的硫酸銅、氧化銅、粗銅粒大部分皆由國外廠商收購,並經由銅冶煉爐提煉為高純度銅再製作成銅之材料,完成電路板之循環經濟。

至於台灣需不需要建置銅冶煉爐,考量因素包括

1. 建置一座銅冶鍊廠約需投入 30 億新台幣,而台灣電路板產線多已移至中國大陸生產,台灣所產生之廢料/ 板,以及報廢之含元件電路板不足支撐一座冶鍊廠的運作,除非台灣法規能開放國外報廢電路板進口,處理的電路板量才能支撐冶鍊廠運作。

2. 目前環保意識高漲,建廠環評通過難度非常高。最後,循環經濟包括綠色環保及經濟價值二個層面,以台灣電路板產業現況要同時兼顧二個層面的目的有其困難,很多時候使用一次性材料的成本可能還低於使用循環再生材料,因此未來唯有在源頭材料設計端及製程端的重新改善,才能實質提高循環經濟的價值,避免循環經濟只成為廠商滿足CSR 要求的表面工作項目。

 

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台灣電路版協會(TPCA) 服務專員 陳致宇 Alvin ✉:alvin@tpca.org.tw 
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