【產業前鋒】台廠搭ESG浪潮征戰全球 複合材料進化再攻新山頭

複合材料挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,快速滲透至車用、風電與低軌衛星等產業。(BMW提供)
複合材料挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,快速滲透至車用、風電與低軌衛星等產業。(BMW提供)

隨著淨零排放、節能減碳蔚為全球潮流,因造價相對高昂而素有「貴族材料」之稱的複合材料,挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,終端應用正從球拍、球桿、自行車等消費品及民航客機等,大舉轉向軍工、無人機、電動車和離岸風電等新興產業。本刊調查,台灣複合材料業者早在十多年前即洞燭先機,積極投入新應用,包括漢翔、碳基、科森、上緯等業者,皆藉由技術的提升,為複材產業注入新活水。

解封後的第一個暑假,旅遊旺季的到來,讓航空業者頻頻新增航線,而為響應節能減碳,包括華航、長榮、星宇等航空業者,在新機選用上,不約而同點名滲透率達5成以上的碳纖維複合材料(以下簡稱碳纖複材)機型作為首選。

輕量化首選 攻入多領域

「對台灣這種濕度高、炎熱的環境,碳纖複材在維修、飛機可靠性上幫忙非常大。」擁有飛機駕照,又深諳飛機維修問題的星宇航空董事長張國煒直言:「與前一代同型機相比,碳纖複材的使用可讓飛機重量變得更輕,減少20%的燃油使用量及碳排放量。」

星宇航空董事長張國煒指出,採用碳纖複材可讓飛機重量變輕,減少20%的燃油使用量及碳排放量。
星宇航空董事長張國煒指出,採用碳纖複材可讓飛機重量變輕,減少20%的燃油使用量及碳排放量。

不只飛機大量使用複合材料(以下簡稱複材),複材輕量化的特性也深受汽車大廠BMW青睞,旗下電動車 i3、油電混合車 i8,從後車軸到鋁質前裙、M款輪圈到碳纖維強化塑料(CFRP)車頂,均採用高科技碳纖複材。

「輕量化設計需求,正往無人機、綠能(風電、氫能)等領域蔓延。」群益長安基金經理人王耀龍肯定地說,並進一步指出,複合材料是實現輕量化設計的重要元素,碳纖複材每一根重量只有頭髮的十分之一,且強度更比一般金屬高出許多。

複合材料挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,快速滲透至車用、風電與低軌衛星等產業。(翻攝Ørsted臉書)
複合材料挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,快速滲透至車用、風電與低軌衛星等產業。(翻攝Ørsted臉書)

根據Markets and Markets市調機構指出,2022年全球複材市場產值約1,137億美元,預計到2027年可達1,686億美元,應用最廣、最熱門的前3名,為航空、軍工、風力發電等市場。

複合材料挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,快速滲透至車用、風電與低軌衛星等產業。(翻攝NASA官網)
複合材料挾著輕盈、高強度、耐壓、耐腐蝕等特色,快速滲透至車用、風電與低軌衛星等產業。(翻攝NASA官網)

本刊調查,台灣軍工、航太龍頭漢翔航空多年前就著手布局複材產業,成功以熱固型碳纖複材技術打進波音、空中巴士供應鏈。在航空領域站穩腳步後,漢翔更進一步將目光放在軍用無人機、低軌衛星等應用領域,且已有斬獲。

軍用無人機 漢翔領先鋒

「漢翔早就與太空中心建立穩固的合作關係,福爾摩沙1、2號衛星等製造衛星的複材,皆出自漢翔之手。」漢翔副總經理曾國益驕傲表示,目前合作規模雖不大,但漢翔初期的參與並非為了營利性質,更多是協助太空中心完成產品製造。

相較於衛星領域,漢翔更看好軍用無人機對複材的需求。曾國益指出,為了增加滯空時間,無人機的重量成為關鍵要點,使其結構設計幾乎都採用複材,特別是大型機種,複材比例更高。

漢翔航空的複合材料不僅用於航空業,更成功將業務觸角延伸至衛星、無人機等領域。
漢翔航空的複合材料不僅用於航空業,更成功將業務觸角延伸至衛星、無人機等領域。

「漢翔現與中科院搭配生產軍用無人機,進行初期小規模量產,未來在預算取得後,勢必會大量生產,扮演重要角色。」曾國益進一步透露,日前政府剛核准一批軍用商規無人機業者,預期今年將開發出原型並認證,明年開始招標量產,漢翔將以自身多年量產軍機(無人機)經驗,協助無人機廠商做未來量產規劃。

碳基拓新路 改良電池箱

而在無人機複材領域,創立於2007年的碳基科技,也受到業界高度關注。專注於複材零件、機體製造與整合組裝的碳基,背後團隊大多來自漢翔、中科院,多數員工均擁有近30年軍工產業經驗,目前是中科院軍用無人機的長期合作夥伴,亦為打造銳鳶、劍翔、騰雲的幕後功臣。

碳基科技研發碳纖無人機多年,是中科院得以成功打造銳鳶、劍翔、騰雲的背後推手之一。圖為碳基總經理鍾文隆
碳基科技研發碳纖無人機多年,是中科院得以成功打造銳鳶、劍翔、騰雲的背後推手之一。圖為碳基總經理鍾文隆

憑藉與中科院合作練功多年的厚實基礎,碳基成功吸引外國廠商注意。「碳基已與美商Vantage Robotics展開試製合作,生產美軍現役機種Vesper。」碳基副總李康嗣興奮表示,雖不能多透露細節,但碳基希望藉此成為Vantage Robotics全球供應鏈的一員,進軍海外市場。

碳基創辦人暨總經理鍾文隆向本刊透露,目前碳基的廠房僅有500坪,無法因應下階段的國際訂單需求,先前已在嘉義科學園區訂下3千坪用地準備擴產,國科會8月底已核准通過,預計2年就能夠完成新廠建置,成為接軌國際的重要基地。

除軍用無人機外,碳基更戮力開發新應用領域,其中1項就是電動巴士電池箱。碳基董事長林振義分析,台灣2030年前預計汰換2萬輛電動巴士,而1輛車就需要用上8個電池箱,假設1個電池箱原本200公斤,若全改為碳纖複材,1個電池箱能減少約6、70公斤的重量,不僅能節省電能消耗,甚至能放更多顆電池增加里程數。

循環經濟夯 科森乘順風

李康嗣表示,電動車領域進入門檻高,且由特斯拉(Tesla)一家獨大;相較之下,電動巴士進入門檻較低,又有政府政策支持,成功機會較高。「目前碳基正與成運、經緯合作開發電動巴士,著眼於未來東南亞、美國的電動巴士校車市場。」李康嗣說。

值得注意的是,隨著航空、電動車、低軌衛星等採用複材比例逐年攀升,連帶產生的廢棄物也跟著增加,讓複材回收再製前景看好,吸引科森等業者相繼投入。「科森是全球首家與戴爾(Dell)合作,將碳纖複材回收用於筆電生產的業者,這些回收的複材都是由自行車、航太等廢棄物回收再製而成。」科森董事長周丁才自豪地向本刊說明。

看準循環經濟回收再利用的全球潮流,科森提出新回收概念系統,涵蓋原始材料到終端應用,包含熱固式、熱塑式材料回收概念。科森執行長蔡國良指出,科森透過上下游整合方式,與品牌廠合作,讓其在工廠端、消費者端進行材料回收,透過微波裂解方式,將複材內的環氧樹脂移除、留下碳纖維,最後再將碳纖回收使用,做成複合材料的射出粒子或複合材料板材。

上緯研發出能百分之百回收再利用的熱固樹脂複材,並成功通過國際風電業者的認證。
上緯研發出能百分之百回收再利用的熱固樹脂複材,並成功通過國際風電業者的認證。

科森之外,為解決退役廢棄風電葉片回收問題,上緯更開發出可以100%回收再利用的熱固樹脂複材,且已成功通過國際與中國風電業者認證,預計明年出貨將逐漸放量。

從傳統的高爾夫球桿、自行車,一直到航空、軍用無人機、電動車和衛星等產業,複材越來越受到青睞,台廠在為綠色環保貢獻心力之餘,似乎也使出渾身解數,要成為舉足輕重的業者。

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