 前言 歷史趨勢 永續策略 情境設計 政策意涵 小結

1. 材料效率Material efficiency
對於能源轉型之助益
G100 周裕豐
2019.06.19

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大綱
 前言
 歷史趨勢
 永續策略
 情境設計
 政策意涵
 小結

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前言
3
 『建置中長期能源技術發展路徑』怎麼做？
•中長期？既有技術演進？新參數？新技術項目？
估算能源服務需求新方法？
 材料效率Material efficiency
•檢視材料效率潛力
•分析能源密集材料如鋼鐵、水
泥及鋁能源消耗與排放的影響

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前言
4
 社會經濟活動之基石
•建築物、基礎設施、設備及商品
 經濟活動增加材料需求
•造成材料製造過程增加能源消費與二氧化碳排放
 潔淨能源轉型必須將這項趨勢脫鉤
•透過材料效率策略，從設計、製造、使用到最後
等各階段都有機會大幅減少主要材料的需求
資料來源：IEA(2015), WEO2015.

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前言
5
 Energy Technology Perspectives為基礎
•Reference Technology Scenario(RTS)
•Clean Technology Scenario (CTS)
•Material Efficiency variant (MEF)
 使用說明
• The scenarios should not be considered to be
predictions, but instead as analyses of the impact and
trade-offs of different technology choices and policy
targets, thereby providing a quantitative approach to
support decision-making in the energy sector.

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歷史趨勢
6
 材料需求顯著增加
• 鋼鐵三倍，水泥近七倍，鋁近六倍，塑膠超過十倍
• 與人口成長、經濟發展趨勢一致。全球人口成長一倍，
GDP近五倍。2000年之後，中國為材料需求增加的主因
，特別是水泥、鋼鐵與鋁。

7. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
歷史趨勢
7
 材料需求與經濟、社會發展的關係相當複雜
• 不同國家人均歷史消費量可證明材料需求與經濟發展有
相關性。然而，並非簡單而一致的關係。
• 鋼鐵-日本VS英國；水泥-中國是全球人均消費三倍以上
• GDP快速成長；經濟體結構不同。

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歷史趨勢
8
 材料需求與經濟、社會發展的關係相當複雜
• GDP與每單位GDP需求量關係
• 正向-鋼鐵與鋁：高附加價值產品(如車輛或是數位產品)
較依賴金屬材料
• 不明顯偏負向-水泥：當GDP成長到較高水準時，對水泥
需求會下降，主因為基礎設施都已興建完成

9. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
歷史趨勢
9
 社會發展的助力，但也對於環境造成影響
• 全球工業部門能源消費過去25年間成長了1.5倍以上，
2017年工業部門能源消費約占全球總量40%
• 二氧化碳排放量約近25%。

10. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
歷史趨勢
10
 中國在全球材料製造業中的主導地位
•國家別：中國工業部門能源消費量占全球超過
1/3(55EJ/150EJ)，排放量近50%(3.7Gt/8Gt)
•其他國家排放主要是來自於其他部門(非能源密
集產業)，相較於中國鋼鐵、水泥等產業都是微
不足道的

11. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
歷史趨勢
11
 前三大材料-鋼鐵、水泥及鋁
建築物
39%
基礎設施
22%
機器設備
13%
汽卡車
11%
建築物
~50%
基礎設施
~50%
建築物
27%
罐頭及其他
包裝14%
汽卡車
22%
電子設備
13%

12. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
12
 預期未來材料需求仍會持續增加
•鋼鐵水泥-開發中國家經濟發展
•鋁-輕量化車輛，消費性電子產品成長
 聯合國永續發展目標

13. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
13
 Sustainable Development Goal 12
•12.2『在西元 2030 年以前，實現自然資源的永
續管理以及有效率的使用。』
•12.5 『在西元2030年以前，透過預防、減量、
回收與再使用大幅減少廢棄物的產生。』
 目的-降低材料需求量密集度
•直接降低材料需求量
▪ 在不影響服務量或品質；其他因素例如技術進步
•降低排放量
▪ 改善材料生產製程(低碳燃料移轉、改善能源效率、移
轉至創新低碳生產製程或低碳排放的替代材料)

14. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
14

15. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
15
輕量化與最適化
• 在提供相同服務下使用更少的材料
• 透過輕量替代材料如高強度鋼、鋁和碳纖
維增強塑料，讓車輛輕量化，可改善燃料
效率
使用期限最大化
• 如建築物設計時考慮重新利用的可能，或
是容易改作其他用途
• 將建造期間與報廢階段的廢棄物管理納入

16. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
16
減少損失過度使用
• 收集廢料重新熔製和
再成型
• 量身訂做生產過程
• 替代材料
• 改進使用水泥的建築
工程規範，或使用預
拌混凝土來減少損失

17. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
17
延長使用期限
• 降低新材料需求量
• 建築物改作其他用途
• 3D列印技術可用於生產維修組
件，而非壞了就廢棄
• 定期維護保養
增加使用強度
• 提供更多服務就能減少使用量
進而減少材料需求
• 共享車輛

18. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
永續策略
18
再利用
• 降低對於新材料需求
• 某組件透過維修或翻新，再
利用於其他產品
回收
• 雖回收仍會消耗能源但通常
遠低於生產初級材料
• 發展中國家回收體系仍有空
間提升回收率

19. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境設計
19
 長期情境分析方式
• RTS情境為既有政策；CTS情境是達到2060年排放量較
2017年減少近75%，減排選項包括材料效率策略
• MEF提供what-if分析，將CTS的材料效率策略推到極限
時，鋼鐵、水泥及鋁會產生什麼影響
階段 策略 RTS CTS MEF
材料製造
鋼鐵、鋁-產量率 + +++ +++
熟料替代 +++ +++
產品設計與製造
建築物-設計與建造階段 +++ +++++
車輛-輕量化 + ++ +++
使用階段
建築物-延長期限 + + ++
車輛-行為面 + +++ +++
除役階段
鋼鐵、鋁-再利用 + ++ +++
建築物混凝土-再利用 +++ +++++
鋼鐵、鋁-回收 + +++ +++

20. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
20
 需求量
材料別 2017 VS. RTS RTS VS. CTS CTS VS. MEF
鋼鐵 +30% -24% -16%
水泥 +10% -15% -9%
鋁 +75% -17% +5%

21. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
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 未來趨勢呈現與GDP脫鉤
Historical demand per capita
MEF demand per capita
RTS demand per capita
GDP per capita
CTS demand per capita
 中國仍是鋼鐵、水泥、鋁最大生產者

22. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
22
 策略別效果(2060年)-鋼鐵
-24%
-16%
各佔減少量
的40% 佔74%
佔23%

23. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
23
 策略別效果(2060年)-水泥
-15%
-9%

24. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
24
 策略別效果(2060年)-鋁
-17%
+5%
-12%

25. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
25
 排碳與能源密集度檢視
• 鋼鐵-MEF情境的策略讓需求量降低，生產量減少，可回
收廢鋼的比例變低，使得排碳與能源密集度變高
• 水泥-因材料效率策略，造成MEF排碳密集度較CTS高
7%，另因減少較耗能的CCS，能源密集度低2%
• 鋁-MEF需求量增加，為達減量目標，導入更多減排技術
，排碳密集度降低，能源密集度也下降

26. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
政策意涵
26
 挑戰
•不曉得可以做或者沒有誘因
•考量風險、成本及時間後
•法規限制使用材料種類
 成本
•An in-depth cost assessment was not part
of this analysis.
•需要進一步分析材料效率策略與其他減碳方式的
成本效益

27. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
情境結果
27
 成本
50 60 85 100
資料來源：Material Economics(2018), The Circular Economy: A Powerful Force for Climate Mitigation.

28. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
政策意涵
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 材料使用數據蒐集，以生命週期方式評估，建立最
佳可行技術準則
 法規面制定應從生命週期角度思考，以利於設計階
段就可採行材料效率策略
 提供對於延長使用期限的誘因，如建築物翻新、改
裝後用於其他用途
 訂定再利用和回收的激勵措施，以減少高排放初級
材料生產，另透過供應鏈整合，促進政策實施
 設計標準應從效能效率考慮，而非硬性規定材料種
類，以利於更有效率的使用各種材料
 推廣關於材料效率的教育與訓練課程

29. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
小結
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 這是個複雜議題，循環經濟、生命週期、材
料經濟都有關聯
 在相同的減碳效果下，改善材料效率策略與
減碳措施可以相互替代，達成潔淨能源轉型
•相互替代的標準？能源消耗較少？還是成本？
 歷史數據分析，以平均活動量概念推估後續
需求量方式，可作為參考
•繁瑣的過程與項目，報告中僅呈現結果，細節待
確認

30. 30Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院 30
簡報結束 感謝聆聽

31. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院
參考文獻
31
1. IEA(2019), Material efficiency in clean energy transitions
2. IEA(2015), WEO2015.
3. Material Economics(2018), The Circular Economy: A Powerful Force for
Climate Mitigation.
4. 低碳轉型的下一步 – 能源與資源的有效利用：https://ppt.cc/foWULx
5. 聯合國永續發展目標(SDGs)說明：https://ppt.cc/fIIIux
6. 世界正在翻轉！認識聯合國永續發展目標：https://ppt.cc/fGiQZx

32. Copyright 2018 ITRI 工業技術研究院Copyright 2019 ITRI 工業技術研究院 32
 鋼鐵再利用率
 從活動量的歷史值(如某國家某區域的樓地板面積)與材料需
求密集度(如每單位面積所消費的鋼鐵、水泥數量)，綜合分
析來計算材料需求。
 而估計出來的結果會與歷史值相互驗證，之後在推估未來
的材料需求量時就套用情境中對於未來經濟或人口的預估
值來進行推估。