文.李振麟
在全球人類進化史中,金屬礦產始終扮演推動人類工業文明進步的角色。如今面臨淨零碳排綠能工業轉型,金屬礦產資源更顯得舉足輕重。未來綠能技術與新能源運用,都需要金屬原物料輔助引導。然而,在礦產開採過程中卻帶來非理性的資源爭奪戰,更推動世界經濟走向一個新的道德風險挑戰,為了礦產資源,各國間的利益交換也蘊藏其中。
優質穩定的供電環境 成為產業界關注焦點
隨著台灣綠能發電比重持續提升,到底要如何優化電力以提升效率,確保一個優質穩定的用電環境已成為話題。今日要如何強化「用電韌性」,以及「降低營運成本」,已經成為台灣各產業界所關注的重要能源議題。近日在太陽能、風能、氫能、電動車以及儲能系統等生活應用蓬勃發展下,對於金屬材料依賴程度日益劇增,再加上AI人工智慧的通訊技術搭配,就更能有機會達成「淨零碳排」的期待目標。
在這新能源科技時代發展過程中,其中最具代表性的金屬材料,就是「金屬銅」、「金屬鋁」與「鋼鐵」等大宗材料,因為這些金屬材料擁有其專屬物性特質,可以廣泛應用在綠電工業中,扮演推動工業文明進展的關鍵角色。
「金屬銅」,本是綠能產業發展過程中最重要的導電基石,更是電力傳輸的首選材料。有了金屬銅本身優異的「導電」與「導熱」特性,才能將電力與能源系統進行轉換及輸送。無論是太陽能板的「電力導線」,電動車馬達的「傳動軸」運轉發電,或者是風力發電機內部的「銅導繞線」,以及家庭與工業方面,所需要的「變壓器」與「配電盤」等基礎電力系統,「金屬銅」始終扮演重要的角色。
綠能工業發展,需要大量的銅來建構,以確保供電穩定性及管理確實性。另外在「電動車EV系統」方面,本身就比傳統的燃油車,使用到更多的金屬銅材,如電動車「馬達繞線」以及「傳動軸」部分,甚至於充電基礎設備,都可看到銅在其中。金屬銅本身也擁有高度的永續再生價值,可以無限次回收進爐提煉再製,其所產生的耗損成本,為原始開採銅礦的十五%左右,因此「銅」可謂是最佳的綠能環保材料。
「金屬鋁」具有輕量化與抗腐蝕性特質,成為再生能源項目中「太陽能」與「風能設施」的主要肢體結構。鋁的重量較輕,導電性也較低,其所產生的成本低廉,因此極適合輕量化的綠能設施。在今日綠能產業應用上,可適用於「太陽能支架」、「風力渦輪」以減少摩擦與能源耗損,進而改善運轉效率,尤其是鋁合金材料廣泛使用在「電動車車體」結構上,可以減輕重量並增加行進中的續航力。
如今金屬鋁也逐漸取代銅,雖然導電特性不如銅,但其導電率IACS仍位於六十%左右,鋁本身重量與成本不高,適用於長距離的高壓輸電用途,因此逐漸成為「高壓電纜線」產品用途。另一方面,金屬鋁的回收再生價值性也高、尤其是再生鋁製品的碳足跡遠低於初級鋁,其高永續再生潛力,更是理想綠色材料選項之一。
鋼鐵可視為產業工業化的代表
「鋼鐵」是現代工業文明的代表性物質,廣泛使用於基礎結構建造,更是儲能設備的主要骨幹支架,多數運用在重工業、機械工業與建築產業中。雖然鋼鐵的導電性與金屬銅、金屬鋁相比下,並不具優勢,但是鋼鐵擁有強度高與可塑性高的物性特質,而且成本低廉。
在今日綠能產業鏈發展中,鋼鐵材料的物理特性,更適用於「風電塔高架」,「儲能設備支架」,以及「太陽能支架」的設施建構,因此鋼鐵是不可或缺的重要金屬材料。「離岸風電設施」本就需要大量的鋼材來建構,每座風塔約數百噸鋼料;「氫能儲存罐」需要確保密封性與耐壓性的條件,因此必須採以「合金鋼」材質來打造;「電池儲能與變電站鋼架」的基礎設施,則更需要穩固的鋼鐵材料來建造。
鋼鐵的煉製程序上,雖然歸納為高碳排產業,如今「綠鋼」革命時代來臨,各國鋼鐵製造業加速從「高爐煉鋼BF-BOF」走向「電爐煉鋼EAF」,以及「氫能還原」技術替代燃煤,甚至於加大對於廢鋼回收比。電爐煉鋼還需要搭配綠電,因此多數煉鋼廠採以「廢鐵煉鋼」技術,再結合「綠電資源」循環,將可逐漸實現淨零碳鋼的轉型。而且在澳洲發現全球最大的鐵礦資源,預估其價值可望高達六兆美元,對於全球經濟與礦產資源造成重大影響。