行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
化工領域策略規劃
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-3011-P-002-003-執行期間： 91 年 11 月 01 日至 92 年 04 月 30 日 執行單位： 國立臺灣大學化學工程學系暨研究所 計畫主持人： 黃孝平 報告類型： 完整報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中
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民
國 92 年 9 月 19 日
化工領域發展策略規劃報告
召集人 台大化工系 黃孝平1. 領域概述:
1.1 領域現況
我國的化學工業以石化工業為基礎, 除維繫塑膠, 橡膠, 纖維紡織, 醫藥等 基本民生工業外, 更支援電子、 航太、 汽車、 尖端材料等高科技產業的發展. 我 國化學工業歷經近四十年的逆向整合性發展, 已是國內垂直整合最完整且影響 經濟成長最大的產業之一, 其產值超過國家總體製造業 25%以上. 鑒於各產業先 進國家均擁有一定規模的石化工業為基礎, 我國仍應繼續此項產業的發展以保 住既有的基礎, 並配合國內新興優勢產業及高科技產業的需求, 發展更上層樓的 新時代化工產業. 為了此項目標, 近年來科技專案的發展以技術關連性大之前瞻 與重點產品之開發, 尤以與電子, 光電, 能源與環保等密切結合之機能性化學品 及其製程為主要重點, 期能促進國內建立新技術, 開拓新的化工產業.由於這方 面發展潛力甚大, 政府揭櫫以電子/光電特化及平面顯示器為挑戰 2008 年之兩兆 雙星產業. 這兩項明星產業均須以先進的化工製程及產品設計技術為支柱. 另一 方面, 因國內傳統化工產業面臨彼岸與其它開發中國家的競爭, 下游產業外移, 亟須提升國內傳統產業之化工技術, 以開發高附加價值產品或高效能製程, 期能 促使傳統化學技術升級增加競爭力, 並導引轉入高科技產品的製造與設計. 其中 以特化業為例, 其產品範圍廣泛涵蓋環保、能源及其他民生相關之應用. 由於附 加價值極高, 經建會許為十大新興產業之一. 這在在說明了化學工業的發展在現 今國家產業發展中為不可缺的一環, 有不言可喻的重要性. 環顧國內外產業環境的劇烈變化, 我們嚐試分析目前國內化學工業的 SWOT 如 下: 優勢(S): • 石化上中下游產業完整數項中間原料具世界級規模. • 下游以中小企業居多, 靈活且具多樣性. • 我國電子及光電產業成長快速, 刺激週邊特化產品之需求, 且已有多家廠 商投入開發, 市場可期. • 特化產業技術密集, 業界有相當優秀之合成與配方技術. • 由於過去的經營, 石化業者資本充裕, 且進口稅率相對較低, 頗具競爭力.弱勢(W): • 高價特化品多須進口, 關鍵技術取得不易. • 相對於大陸, 國內之土地, 人力及環保成本較高, 致使產業日漸嚴重外移.
• 亞洲快速國際化, 傳統產品技術競爭優勢逐漸消失. • 許多關鍵技術須及 特化關鍵中間体須仰賴進口, 影響產業競爭力. • 國內缺乏從事原創性設計與製造公司或品牌,部份產業以代工為主, 獲利 層次較先進國家為低. • 學術界之研究與產業之聯繫與互動不足, 整合流於空談.
機會(O): • 因應全球氣候及化武管制公約, 產業技術與結構勢必調整. • 國內電子,光電及資訊半導體產業的發展迅速, 帶動相關產業發展機會, 促使化工業轉型為多角化經營. • 特化產業已快速自傳統特化品轉型至高附加價值特化品, 對新一代產品 的關鍵技術需求殷切. • 大陸石化工業快速展開, 國內業者赴彼岸投資, 將造成兩岸新的產業分工, 可力圖創造互補互利的條件. • 七輕及八輕或替代方案若能儘速定案, 可開啟石化工業之發展契機. • 奈米技術對提升傳統產業與創造新興產業具有潛力. • 國內大學之研究人力資源豐富, 可適當導入促進優勢新興產業之開拓. • 政府積極鼓勵業界主導或參與前瞻創新等具特色之研發.
威脅(T):
• 中國大陸化工業建設與市場興起快速, 對我化工產業造成威脅. 部份特化 產業甚至對國內業者造成激烈競爭. • 國內產業環境改變, 下游中小企業之產業外移, 導致國內投資不振, 發展 遲緩. • 社會大眾對化工產業誤解導至新生人才培育產生斷層. • 東南亞地區尤其是新加坡對石化原料積極投入, 我國石化業製造優勢正 逐漸消退, 有被取代之虞. • 因應全球氣候鋼板要公約 CWC 管制, 相關產業之配合勢在必行. • 國際間綠色產品之貿易限制將逐漸形成. • 政府投入化工產業之推廣與輔導經費日益縮減.1.2 領域技術與產業
領域技術的發展與該領域的應用產業息息相關. 以化工上中下游產業與技 術而言, 其關係如下圖:
上圖中顯示當前的優勢新興產業與其所需之化工核心技術. 在上面的產業結構 中, 石化工業基本原料所衍生的產業實為主幹 (如下圖). 因此, 有健全的優勢石 化產業基礎才有各項新興產業發展的榮景可期.
2. 國科會化工學門研究概述
(1) 國科會之學門研究以鑽研化學工程之基礎研究為主, 其所規劃的重點方 向如下: (a) 化學工程在材料科技之應用: 包括光電與電子材料、陶瓷材料、 粉粒體技術、能源材料、感測器技術, (b) 微觀化學工程與精密製程: 包括熱力與物性、輸送與單操、 觸媒 與反應工程、程序模擬,最適化與控制、特用化學品與精緻化學品 (c) 清淨製程與環境科技: 包括減廢技術、製程安全、低污染能源開 發、資源再生、污染防治技術 (d). 生物化學工程技術: 包括生物反應工程、生物產品之分離與純 化、酵素工程技術、生物化工程序系統工程、生醫工程 (2). 化工學門近 5 年年度預算 (3). 化工學門近 5 年之研究績效學門近五年之研究績效以學術論文之發表為主. 有關發表論文之質 與量如下諸表所示. 在極有限的資源分配下, 論文之量已到達世界級的 水準, 但在質的方面, 則仍有待努力提升.
3. 重要科專計畫績效評估
政府在過去的期間, 每年也投注相當經費用以研發關鍵產業技術. 這些研發 在化工領域都產出了頗為可觀的成績, 對目前國內的產業發揮了相當的作用。 以下分別就一些重點科專計劃之績效提出評估. 3.1. 各項重要專案之主要成效: (1) 特用化學技術發展應用第二期五年計畫 ¡ 建立高分子改質、溶凝膠/微粉化學品開發、色素特化開發等特化相關技 術,在合成樹脂之應用、奈米微粉之開發及應用、溶凝膠技術開發等方面，對產業界貢獻良多。 ¡ 技術移轉 114 件,專利申請 62 件獲准 26 件；技術授權金及權利金 98552 千元，促成投資 66 件(1140900 千元)，協助國內產業技術之提升，厚植 研發能力，提升產業競爭力. (2) 印刷品數位色彩品質控制技術研發三年計畫 ¡ 提供建立印刷產業各式輸出設備特性規格之程式技術並研發輸出設備 之色彩管理技術。 ¡ 提升國內色彩色域轉換關鍵技術。提升效率，穩定印刷品質. ¡ 提供國內印刷產業數位化自動化技術以及檢測驗證技術，使國內業者印 刷品色彩品質提升，未來有機會結合網路技術，開拓國際市場. ¡ 建立 印刷色彩管理及打樣規範技術以及紙張、印墨檢測技術。 (3) 精密與機能性化學技術開發與應用四年計畫 ¡ 本計畫於諸多高科技化工產品及技術方面廣泛地提高業界在前瞻科技 發展之了解與自信及技術水平，加速新產品之創新，提高獲利. 所開 發多 項電子化學品技術及精密與機能性之化工製程量產技術等, 對高 科技產業 之材料開發及量產有貢獻。 ¡ 無形之貢獻方面在於改善企業之體質，促進投資、增加就業機會，對於 幫助廠商根留台灣… 等方面，貢獻更大。 ¡ 成就內容共有四大分類(精密、特化、石化、電子)，以精密化學分子結 構之設計與奈米技術之發揮為出發點，開發機能性光電通訊、顯像、環 保、能源及新碳材等精密化學材料與應用技術，在業界參與方面達 30 家以上，成效相當優異。 ¡ 本計劃歷經特用化學品製程及應用技術發展、石化中間體清潔製程技術 發展、電子精密技術開發與應用，到目前之精密與機能性化學技術開發 與應用。以目前執行之計畫 90~91 年６月完成專利申請 26 件，獲得 30 件，促進 5 家廠商投資金額 3.4 億元。本計畫無論對相關之電子資訊產 業、通訊產業、光電產業所需之化學品技術與應用均有相當之貢獻，同 時對提升傳統產業亦有相當之成就。 (4) 特用化學品工業技術推廣與輔導計畫之化學工業科技人才培訓: ¡ 本計畫之主要貢獻在於舉辦各種專業課程訓練，培訓化工領域所需技術 人力，使得產業能做製程改善、新產品開發，進而增強國際競爭力。從 86 年度到 90 年度共開辦 808 專業班次，培訓人數達 31,952 人次及政 府及業界共投入約 25 億元新台幣來看，培訓的目的應該已達到。 ¡ 培訓了種類廣泛、人次眾多的化學工業科技人才，獲致超越預定達成率
之成果，直接或間接提升了相關從業人員的技術能力，並增進了整體產 業的技術水準及競爭力。 (5) 建立化學工業產業資訊系統計畫: ¡ 建立化工領域產業資訊系統及網站，提供業界充分資訊，以因應國際 間激烈競爭，是有其必要性，然以目前加入 ChemNET 專屬會員、一般 會員數目來看，要成為亞太化工資訊中心，還有一段距離。 ¡ 已完成 chemtech 系統規劃及發包以及部分資料庫之建置，已經為長 程目標建立了良好基礎。 (6) 特用化學品工業技術推廣與輔導之特用化學品工業技術推廣與輔導 計畫: ¡ 協助業著進行特用化學品之產品開發，提升現有產品應用之技術 水準，範圍遍及石化、塑膠、紡織、光電、電子、醫療、建築、 造紙、食品及農牧等。 ¡ 86 至 90 年之計畫，實際執行時間為 5 年半，多年來所執行之項 目頗多，受到肯定，績效良好。 ¡ 91 年度，技術服務項數有 78 項。技術輔導專案 15 項，分項計畫輔 導廠商 78 家次，進行產業整合與策略規劃共 62 項，達成目標，年度 內業界配合投入 3 千萬元研發經費，預估可創造約 10~20 億元之產 值，對中小企業技術提升有助益. 技術輔導專案對工業源頭材料之 製造有幫助，使工業產業根留台灣有重大貢獻。 ¡ 本計畫提供特用化學品工業技術服務，輔導相當數目之廠商配合投入 研發經費，進行產品開發與製程改善，增進了整體產業的技術水準 及競爭力。提供特用化學品工業技術推廣與輔導， (7) 列管化學品紓解技術輔導與推廣計畫-溫室效應氣體減量及聯合國 環保公約列管化學品紓解 ¡ 針對溫室效應氣體減量, 建立各相關產業的耗能指標、檢討與建立二 氧化碳排放減量方案及 CWC 管制之宣導與追蹤. 工作重要但較難以 一般計畫方式衡量其效益. 然而,針對京都議定書內容之整理及資訊 散播、建立石化業之 CO2 排放資料庫以及 CO2 減量等對確有些成效. ¡ 本計畫提供蒙特婁議定書管制時程下，國內 HCFC 消費量核配作業， 以及各項非 HCFC 冷媒與清洗替代技術之評估。將直接或間接提升國 內石化或造紙產業提升能源使用效率，以因應京都議定書之管制措 施。 ¡ 針對聯合國環保公約減用 HCFC 化學品，提供替代品(冷媒)資訊 及技術諮詢，整理 HCFC 消費量核配及統計分析，建立冷媒空調
業使用非 HCFC 冷媒替代相關技術，並有效發展電子業非 HCFC 之清洗技術，使我國免受經濟制裁，提昇我國環保形象，極有助 益。 3.2 重點科專研發技術之研發水準與展望: 在各項科專研發專案中, 幾項重點關鍵技術都有明顯的成就. 這些關鍵技 術在國際間的定位及展望, 可以說明我國的研發水準與日後的展望. 以下 分別以圖形說明。 (1) 奈米功能性粉體技術: 此項研發旨在研討利用質傳與微成核結晶控制機制開發功能性粉 體之結構設計與合成、膠体分散、超重力製程及其各項應用. 其技 術難度與目前國內相關技術之比較與展望如下圖所示。國外這方面 的技術在於對粉體晶型與表面結構之控制,以期應用於開發功能性 塗料(如自潔、殺菌、耐磨及耐刮)、光電、生醫及各種光學薄膜等 方面的用途。
(2) 高純度化學品製程技術: 此項研發旨在開發支援電子/光電產業之高純度精密化學品及其量產與 應用技術. 此項技術之難度指標及國內相關技術之水準與展望, 如下 圖. (3) 分子觸媒合成技術: 此項研發旨在開發以分子設計應用於新能源、環保、及精密製程之新觸 媒. 世界先進國家之技術指標及國內相關技術與展望如下圖所示.
(4) 合成樹脂改質技術: 合成樹脂改質的國際技術指向環保型、高功能性、及特殊之特化中間 體之開發.這方面由於近年來法人機構的投入, 國內技術水準以相當可 觀, 其比較與展望如圖. (5) 光電特化品技術: 光電特化品技術旨在於開發適用於光電產品製程使用之化學品技術, (如: 微影、長效型抗靜電與導電、MEMS、PLC 等).
(7). 顯像與儲存用化學品技術:
(8) 溶凝膠技術:
4. 領域發展之架構
4.1 分工架構: 各領域之發展須結合政府及民間各項資源協力推動於理皆然, 化工領 域自不例外。此項分工, 大抵見於下圖。在下圖的架構中, 須強調的是: (1). 人力的整合可以加強以大學成立研究中心作為產學間的重要橋樑, 匯 集科技人力解決產業技術之瓶頸及人材之培訓。 (2). 法人機構則應著力於新產業技術之評選與引進以促使產業技術之改進 推廣與提升。 (3). 政府單位則應著力於健全政策之策劃、建立與執行。其中包括資源之 有效分配與管理、輔導經篩選的產業及單位、以及對國際公約之因應 等。4.2 領域發展計劃架構: 計劃架構主要分成三方面如下圖所示。 4.3 技術研發計劃架構:
5. 發展策略
(1) 強化各單位或機構之分工機能與互補聯繫: • 政府經建單位應體認石化工業實為我國現階段及可見未來的化工產 業基石, 以此基石為本進而發展新興優勢產業才能形成進退有據 之體系. 因此, 應宣示繼續積極開拓石化產業, 建立良好投資環境 與政策,引導廠商投資. 有關環境生態等之障礙, 則應從現在開始即 應投入部份資源強化綠色製造之研發, 以技術突破障礙. 綜使無法 立即見到成效,但實為全球未來之走向. • 國科會專案研究應以基礎研究為體, 應用研究為用. 培育人才投入 產業之研發. • 經濟部之科技研發宜以應用研究為主, 積極評估產業科技之動向, 引 導並推動產業技術的提升. • 工業局則須慎選客觀條件必需或較成熟之產業技術, 積極推動輔導廠 商開發新產品及製程. • 各廠商則以強化產品之設計及製程為主, 對於無法自行研發之既有技 術應朝向技術引進並本土化為目標. (2) 增加研發資源投入強化科研 •重點投入發展新化學關鍵技術以配合國家產業之發展 •輔導傳統化工產業衍發新產品或新製程創造利潤, 拉開技術差距, 確 保競爭力. •積極投入產品設計與開創新產品以增加產品經濟效益, 創造利基. •研發前瞻核心技術之理論與基礎並培育人 •配合國際公約與經營環境變遷, 輔導國內產發展技術因應. 5.2 重點投入發展關鍵技術與新產品 • 尖端觸媒與反應---如可見光觸媒, 後過渡金屬觸媒, 毒 性物質分解觸媒, 低溫焚化觸媒, 高分子分解觸媒以期 達成綠色化學反應, 環保及節省能源之目標. • 精密化學品與製程---高純度化學品製程,電子/光電精密 化學技術, 奈米粉体製程,光電溶膠材料. • 尖端程序技術---清淨製程, 微反應器與分離, 多功能製 程單元, 精密塗布與表面處理, 奈米膠體分散, 超重力 與超臨界流體製程,生物產品之純化與分離, 等 5.3 重點投入發展新產品與關鍵技術(續) ---執行策略
• 鼓勵廠商藉由自行研發或經濟部科專自國外引進成熟之關鍵技術使 成為本土技術; • 加強法人單位配合國內產業環境需求與趨勢發展關鍵技術; 各項研 發宜納入落實至量產規模 (scale up)之關鍵製程及應用. • 輔導廠商研發新產品與前瞻關鍵核心技術並開發其應用 --- 由政府 出資廠商之輔導專案應有特別機制用以鼓勵廠商投入兼以合理辦法 規範其應有之義務, 勿使此項輔導流為無謂之補貼. • 鼓勵以大學之研發中心或育成中心進行大型之產學合作專案, 結合 政府資源與大學教授之專業形成研發團隊, 使技術研發與人才培育 結合為一體. • 大型之產學合作計劃應由廠商主導, 投入人員與物力經由經濟部 專案提出, 另由國科會結合並補助所需學校人力與資源形成配合計 劃投入. 政府則應對大學用人政策給予適當之彈性. 所培育的人力 於計劃結束後廠商可直接聘用. 如此, 可避免廠商因臨時任務之需 求所引進之人力於計劃完成後去留之困擾. • 鼓勵各研發專案針對創新關鍵技術建立專利領土(Map), 確保領先或 作為技術引進之談判籌碼. • 對於化工相關之跨領域(或學門)科研, 如新能源技術的開發, 環保科 技的研發等, 這些相關領域如因目前國內科技人力不足, 研發能量 未充份發揮,應透過國科會(如:應用科技小組)主動規劃協調以引導學 術界人力投入.
6. 前瞻科技發展項目
6.1. 前瞻之綠色製程技術, 包括:(1) 化工製程之 3R (reduction, reuse and recycle);
微小化反應與分離製程、結合反應與分離功能的程序單元、廢棄物 的再資源化、生態物料之循環、省能之金屬回收 等。 (2) 環境污染物質處理技術; 利用觸媒技術解決空氣、水、土壤等污染問題及塑膠廢棄物，以協 助降低國內污染源。開發尖端觸媒及其應用技術如：光觸媒、過渡 金屬觸媒、奈米觸媒、電化學觸媒、毒性化學物質分解觸媒、低溫 焚化觸媒、高分子分解觸媒，有機金屬表面化學技術。反應系統技 術應朝綠色化學、環境保護及能源節約等領域發展，微波反應及超 音波反應是未來科技發展重點。 (3) 綠色化學技術; 此項研發旨在使用對環境影響最小的原料、 反應途徑及製程以促
使化工製程減少對環境的衝擊。舉凡綠色觸媒製程、無鹵素化學、 環境親合及機能性化學品之開發都屬於此。 (4) 省能源之化工製程技術; (5) 程序系統工程與管理技術; 在基本程序技術方面相關子題如：供應鏈管理、製程生命週期評 估、製程量測資訊之應用、智慧型製程控制與監控技術、批次製程 之排程控制與最適化、節能製程設計、本質安全設計、清淨製程設 計與評估。 6.2. 現階段之前瞻產業應用技術 (1) 以精密化學結構設計與『奈米概念』技術之發揮為出發點，建立精 密化工製程技術、新化學產業技術及前瞻化工科技等技術; (2) 針對國內產業升級之需求，投入相關關鍵技術之研發，以提昇傳統 產業競爭力; (3) 奈米功能性粉體製程與應用; (4) 高純度化學品製程技術; (5) 觸媒合成與應用技術; (6) 合成樹脂改質與應用; (7) 光電特化品化學技術; (8) 顯像與儲存用化學品;
(9) 整合矽酮樹脂改質技術、氟樹脂共聚技術、環保功能性助劑製程 與開發有機奈米樹脂，建立國內高機能性塑膠、橡膠產業能量與提 昇品質，協助進入高科技光電領域; (10) 製備高導電性奈米粒子及高活性之二次電池原材料微粉；開發導 電複合材料、先進二次電池電極原材料及功能梯度材料，提高產品 應用層次及附加效益; (11) 開發表面聲波微感測器各種關鍵技術，使國內化學與生物微層偵測 器產業自立自主，提升國際競爭力; (12) 開發輻射場型分佈量測技術，應用電磁輻射吸收、遮蔽及散射材以 減降輻射回波強度，落實電磁輻射場型診斷及輻射防制工作; (13) 以溶凝膠技術開發光電材料，使原有光電材料製備更具經濟效益， 並將原有光電材料製成奈米微粒，以開發新材料及新產品，並應用 於光電產業;
(14) 配合國內光電產業未來發展，開發新型功能性色素材料製程及其多 層奈米薄膜結構元件應用技術，並提升其物、化、光電特性，以引 導相關業界轉型升級邁入高科技領域; (15) 因應奈米趨勢之策略指導，開發奈米金屬/化合物微粒及奈米微孔 洞複合材料與光化學換能系統之奈米能源應用技術，提昇相關產業 技術層次，強化市場競爭。
