以超快雷射源 打造低碳金屬加工製程

以超快雷射源 打造低碳金屬加工製程

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圖一 : 最晚在2026年將陸續施行的美、歐邊境碳關稅、臺灣碳費制度等,都催促臺灣製造業勢必要加速厚植產業競爭力,以跟上全球產業發展的腳步。(source:南分院)

[作者 陳念舜]

因應今年COP28決議,要求與會國家必須在2030年前提高2倍能源效率,進而發展相關技術。由於雷射具有高能量密度與聚焦性質,更適用於精微加工;且比起傳統CNC金屬加工製程減少排碳,而成爲目前全球引領創新低碳先進製程的重要工具,工研院南分院也自2022~2023年逐步引進德國、立陶宛超快雷射源,合作打造研發創新與打樣中心。

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面對近年來國際淨零碳排時程逐日逼近,除了近期落幕的《聯合國氣候變化框架公約》第28次締約方大會(COP28)協議中,已承諾「2030年前提高3倍再生能源裝置容量和2倍能源效率」項目,進而加速發展碳捕存、道路交通減排等創新技術,並尋求適當的供應商和解決方案來降低成本。

以及最晚在2026年將陸續施行的美(CCA)、歐(CBAM)邊境碳關稅、臺灣碳費制度等,都催促臺灣製造業勢必要加速厚植產業競爭力,以跟上全球產業發展的腳步。位於臺南市六甲院區的工研院南分院也在2023年底,舉辦包含「數位轉型與AI應用」、「雷射精微加工應用」、「先進雷射與製造」3大議題的年度成果分享暨公告展示,提供製造業智慧化、低碳化、先進雷射製造應用等解決方案。

看好雷射淨零碳排成效 南分院剖析於低碳製程優勢

工研院南分院精微製程雷射技術組專案經理林茂吉指出,目前除了國內外品牌大廠皆積極參與提出自願性淨零碳排措施,並紛紛將供應鏈納入管理範疇;各國政府也陸續透過碳定價手段,來管制排放溫室氣體,期望最終能實現2050年全面使用RE100再生能源願景。

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臺灣也已針對2050淨零碳排目標提出4大轉型策略、12項措施,以及科技研發(淨零和負碳排技術)、氣候法則(法制政策、碳定價和綠色金融)2大治理基礎。進而依短、中、長期細分爲:

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1.供給面:採用零碳電力、永續替代燃料等能資源供應調整;

2.製造面:推動產業結構調整、工業零碳/低碳創新產品與循環再利用製程;

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3.使用面:透過各部門全面電氣化,提升能源使用效率,進而改變消費行爲與商業模式;

4.環境面:投入開發二氧化碳再利用、電力/工業CCUS等負碳排技術DAC、BECCS,或擴大森林/生物固碳匯。

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針對低碳製程,則包含:改善設備、提高效率、減少浪費、能資源整合等領域,利用雷射等先進製程開發應用,屬於長期創新低碳製程技術之一。林茂吉分析現今雷射精微加工(切、鑽、焊),在低碳製程領先傳統機加工(車、銑、焊、線切割)製程技術的優勢,包含:生產效率、硬/脆材料利用率較高,維持良率穩定及提升產能。

且以非接觸式的雷射切割改質/裂片,取代傳統刀輪切割/研磨、人工裂片及尺寸精磨玻璃等製程步?,得以減少「範疇一」的逸散性/移動式排碳來源,與「範疇二」的外購電力;不致產生因爲刀具和工件接觸,而產生的耗材、輔助冷卻液體等,減少在營運過程中產生的廢棄物與回收、下游傳輸及配送等「範躊三」排碳。

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例如Fraunhofer IWS便藉此焊接無膠紙張,減少傳統工作流程使用的膠材,免除後續除膠回收處理流程。Trumpf導入智慧手機面板玻璃導角製程,透過雷射玻璃邊緣成型切割技術來提高強度,同時縮減工序和磨邊耗材,免除污水處理。ACP用於二氧化碳Jet Snow乾式清潔技術,減少清潔藥水耗材、免除廢水回收處理。

林茂吉也建議臺灣上中下游供應鏈等中小型企業,應該審慎思考該如何從2050淨零排碳的4大策略面向,提早佈局企業減碳的相關作法,以維持企業未來在國際碳訂價策略下的競爭優勢。例如因應現今低碳製程潮流,國內外雷射新制程技術工法在特定產業,已經佔有不可或缺的角色,也是現階段產業在導入升級製程時,可思考的方向之一。

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