第一章 系統科技與循環轉換特性
1.1 工業循環的流程特性
工業資源循環，一般可以定義出石化(Petrochemical Industry)、化工/化 纖(Chemical Industry)、再生電池(Rechargeable Battery Industry)、發電廠 (Power Plant)、橡膠&塑膠工業(Rubber & Plastic Industry)、塗裝 (Coating Industry) 、 營 建 (Construction Industry) 、 印 刷 電 路 (Printed Circuit Board Industry)、能源管理(Energy Management)、礦業(Mining Industry)等工業領域。
一個典型的工業資源循環，金屬、非金屬、石油等開採提煉，雖然開採的物 質不同，流程不同，但從資源的角度來看，都是一種流程發展的程序控制。
歐美習稱為Process Automation, 定義為原料到半成品的製造工業。圖 1. 1 說 明這些能、礦、資源開採領域的市場價值，其中金、鐵、鋁、銅、鉛、鋅、
錳、鎳為最重要的開採資源。
第一章 系統科技與循環轉換特性
1.1 工業循環的流程特性
工業資源循環，一般可以定義出石化(Petrochemical Industry)、化工/化 纖(Chemical Industry)、再生電池(Rechargeable Battery Industry)、發電廠 (Power Plant)、橡膠&塑膠工業(Rubber & Plastic Industry)、塗裝 (Coating Industry) 、 營 建 (Construction Industry) 、 印 刷 電 路 (Printed Circuit Board Industry)、能源管理(Energy Management)、礦業(Mining Industry)等工業領域。
一個典型的工業資源循環，金屬、非金屬、石油等開採提煉，雖然開採的物 質不同，流程不同，但從資源的角度來看，都是一種流程發展的程序控制。
歐美習稱為Process Automation, 定義為原料到半成品的製造工業。圖 1. 1 說 明這些能、礦、資源開採領域的市場價值，其中金、鐵、鋁、銅、鉛、鋅、
錳、鎳為最重要的開採資源。
圖1. 1 全球能、礦、資源市場1
1 https://www.linkedin.com/feed/update/urn:li:activity:6371329616413491200/
從資源的觀點，代表性如石化產業，2020 前，石化產業仍處於產能過 剩的情形，故對於資源稀少而啟發動機促進循環經濟的發展是較為不足的。
市場預期，下一波石化產業成長中，將出現幾個新興市場，包括：印尼、馬 來西亞、越南、泰國、印度等；其中印尼、印度人口多，構成設立大規模消 費品製造基地之基礎；越南則可提供製造業相對低成本之勞動力。國際石化 業者紛紛開始關注這些國家，但這些開發中的國家，對於循環經濟的概念與 基礎建設，尚未完備。以聚乙烯需求2016-2021 年複合成長率來看，印尼與 印度的需求成長率分別為6.8%與 7.5%，位居前兩名；2015-16 年印度聚合 物市場需求成長率高達15.5%，預估未來幾年皆呈現雙位數成長。新加坡致 力於發展石化工業，2014 年 Jurong Island 建成東南亞第一個地下儲油庫，
新加坡裕廊芳烴公司規模全球第一之對二甲苯(PX)設備、Exxon Mobil 建造 世界上第一套能直接裂解原油的一體化設備，在健全的接收站設施以及良 好的金融環境等基礎下，Jurong Island 成為亞洲石化、能源貿易中心、天然 氣中心之態勢2。
圖1. 2 發展中國家人均塑膠消費分佈
2范振誠/工研院產經中心, 新南向主要石化國家近期發展動態, 材料世界網
圖1. 1 全球能、礦、資源市場1
1 https://www.linkedin.com/feed/update/urn:li:activity:6371329616413491200/
從資源的觀點，代表性如石化產業，2020 前，石化產業仍處於產能過 剩的情形，故對於資源稀少而啟發動機促進循環經濟的發展是較為不足的。
市場預期，下一波石化產業成長中，將出現幾個新興市場，包括：印尼、馬 來西亞、越南、泰國、印度等；其中印尼、印度人口多，構成設立大規模消 費品製造基地之基礎；越南則可提供製造業相對低成本之勞動力。國際石化 業者紛紛開始關注這些國家，但這些開發中的國家，對於循環經濟的概念與 基礎建設，尚未完備。以聚乙烯需求2016-2021 年複合成長率來看，印尼與 印度的需求成長率分別為 6.8%與 7.5%，位居前兩名；2015-16 年印度聚合 物市場需求成長率高達15.5%，預估未來幾年皆呈現雙位數成長。新加坡致 力於發展石化工業，2014 年 Jurong Island 建成東南亞第一個地下儲油庫，
新加坡裕廊芳烴公司規模全球第一之對二甲苯(PX)設備、Exxon Mobil 建造 世界上第一套能直接裂解原油的一體化設備，在健全的接收站設施以及良 好的金融環境等基礎下，Jurong Island 成為亞洲石化、能源貿易中心、天然 氣中心之態勢2。
圖1. 2 發展中國家人均塑膠消費分佈
2范振誠/工研院產經中心, 新南向主要石化國家近期發展動態, 材料世界網
從一個產業的發展角度來看，石化產業包含下游的塑化煉解，資源需求 是朝向發展中的國家移動，其處於大幅成長的市場，必然採取線性的經濟行 為擴張，而少關注在循環資源再生的經濟規範，此說明了全球在循環經濟推 動上，遇到的最大困難與阻力；發展中國家以擴大消費為經濟主軸，循環經 濟的概念在發展階段並非國家政策關注所在。在這些發展國中，金屬是除石 化、塑膠以外，最重要的循環物質。要了解工業製程的特性，就要同時理解 金屬冶金過程，各種合金的生成特性。圖1. 3 分析，以循環經濟的角度，越 內圈的物質具有高回收的價值與回收技術成熟度，外圈的物質具有低回收 性。綠色的圈體代表為主要的金屬成分，具有價值與可回收，黃色代表合金 的主要元素，而紅色圈體則代表該金屬無法具有回收性，例如金熔煉在鋁或 鐵，就無法回收再利用。
圖1. 3 The Metal Wheel – depicting various losses and recoveries possible on the back of various carrier metallurgical systems3
資源的限制，是促成循環經濟發展的必要要因。再從循環經濟的另一個 資源層面，再生新能源產業來觀察，能源美國能源部 2018.3 最新公佈的資 料顯示，全美國的電力2017 年使用微降 1.5%；自 2016 年起，天然氣生產
3VERHOEF, E., DIJKEMA, G. & REUTER, M.A. (2004): Process knowledge, system dynamics and metal ecology. – Journal of Industrial Ecology, 8, 1-2: 23-43
降低7.7%, 燃煤降低 2.5%，逐漸被再生新能源(Renewable Energy)取代，諸 如風力發電、水力發電、太陽能等。
圖1. 4 Electric generating capacity for renewable sources (2016/2017)4 循環經濟的發展，牽涉到能源、資源、資訊的循環利用價值，特別是再 生能源，對於任何具有循環特性的物質運用，兩者如何有效的結合，為循環 經濟能否發展成功的關鍵要素。如果一個循環的過程，始終為耗用更大的能 源或資源，代表的意義為，其只是增加循環過程中的經濟成本與資源耗盡，
終將無法成為一個穩定的經濟發展模式。
4 U.S. Energy Information Administration, Electric Power Monthly.
從一個產業的發展角度來看，石化產業包含下游的塑化煉解，資源需求 是朝向發展中的國家移動，其處於大幅成長的市場，必然採取線性的經濟行 為擴張，而少關注在循環資源再生的經濟規範，此說明了全球在循環經濟推 動上，遇到的最大困難與阻力；發展中國家以擴大消費為經濟主軸，循環經 濟的概念在發展階段並非國家政策關注所在。在這些發展國中，金屬是除石 化、塑膠以外，最重要的循環物質。要了解工業製程的特性，就要同時理解 金屬冶金過程，各種合金的生成特性。圖1. 3 分析，以循環經濟的角度，越 內圈的物質具有高回收的價值與回收技術成熟度，外圈的物質具有低回收 性。綠色的圈體代表為主要的金屬成分，具有價值與可回收，黃色代表合金 的主要元素，而紅色圈體則代表該金屬無法具有回收性，例如金熔煉在鋁或 鐵，就無法回收再利用。
圖1. 3 The Metal Wheel – depicting various losses and recoveries possible on the back of various carrier metallurgical systems3
資源的限制，是促成循環經濟發展的必要要因。再從循環經濟的另一個 資源層面，再生新能源產業來觀察，能源美國能源部 2018.3 最新公佈的資 料顯示，全美國的電力2017 年使用微降 1.5%；自 2016 年起，天然氣生產
3VERHOEF, E., DIJKEMA, G. & REUTER, M.A. (2004): Process knowledge, system dynamics and metal ecology. – Journal of Industrial Ecology, 8, 1-2: 23-43
降低7.7%, 燃煤降低 2.5%，逐漸被再生新能源(Renewable Energy)取代，諸 如風力發電、水力發電、太陽能等。
圖1. 4 Electric generating capacity for renewable sources (2016/2017)4 循環經濟的發展，牽涉到能源、資源、資訊的循環利用價值，特別是再 生能源，對於任何具有循環特性的物質運用，兩者如何有效的結合，為循環 經濟能否發展成功的關鍵要素。如果一個循環的過程，始終為耗用更大的能 源或資源，代表的意義為，其只是增加循環過程中的經濟成本與資源耗盡，
終將無法成為一個穩定的經濟發展模式。
4 U.S. Energy Information Administration, Electric Power Monthly.
圖1. 5 The Circular Economy – key challenge to harmonize the renewable energy and processing industries through digitalization to optimize resource
efficiency5
再生能源雖是一個趨勢，也是循環經濟裡工業循環的指標任務。然而，
就目前技術的發展性來看，不論是太陽能還是風能，都只能稱為循環，而非 一個經濟。因為就目前的投入價值來看產出價值，這兩個領域都仍是負價值，
也就是說，它只會耗用循環過程的經濟成本，而非終端產品價值產生，如圖 1. 6。
5 Markus A. Reuter, Antoinette van Schaik, Miquel Ballester, “Limits of the Circular
Economy:Fairphone Modular Design Pushing the Limits”, World of Metallurgy – ERZMETALL 71 (2018) No. 2
圖1. 6 太陽能與風能的Cost/Price 發展指標6
循環經濟下的再生能源的發展，最重要的經濟關鍵在於儲能的能力，唯 有具有優良的儲能成本優勢，才能建構起再生能源的經濟循環價值，也就是 說，再生新能源的成本浪費（非尖峰時間發電的成本），將可以藉由儲能做 電力的有效運用，使得全時間的利用率提高，進而降低在整個循環過程中的 成本，提高產業的經濟效益。儲能的市場，2030 年發展將達到$1030 億美 元，包含Tesla、AES、Siemens、Total、GE 等皆為重要的發展廠商。美國 國家實驗室Sandia National Laboratories7，針對不同儲能市場應用區隔，將 每一個市場的潛在市值估計如圖1. 7。從能源與循環經濟的關聯來看，再生 新能源的單位建構成本相較於傳統能源成本為高，具有循環的誘因卻無經 濟的動機，必須補足再生新能源無法將能量留存而造成的成本虛耗，也就是 說，再生能源需有好的除能機制與成本降低，使得全時利用成為可能，也降 低單位產能成本的攤提。
6 http://www.theenergycollective.com/schalk-cloete/2431644/the-dangers-of-green-technology-forcing
7 Sandia National Laboratories, Citi Research
圖1. 5 The Circular Economy – key challenge to harmonize the renewable energy and processing industries through digitalization to optimize resource
efficiency5
再生能源雖是一個趨勢，也是循環經濟裡工業循環的指標任務。然而，
就目前技術的發展性來看，不論是太陽能還是風能，都只能稱為循環，而非 一個經濟。因為就目前的投入價值來看產出價值，這兩個領域都仍是負價值，
也就是說，它只會耗用循環過程的經濟成本，而非終端產品價值產生，如圖
也就是說，它只會耗用循環過程的經濟成本，而非終端產品價值產生，如圖