塑膠循環行動方案之減碳效果—廢棄物投入產出分析

陳必晟 國立成功大學環境工學系助理教授
張簡睿豪 國立成功大學環境工學系助理碩士生

全球許多國家與城市已積極規劃需達成淨零碳排的時間表，在各種減碳的途徑中，許多專業報告已指出發展循環經濟在溫室氣體減量很有潛力。從物質的生命週期來看(圖1)，資源循環會在不同的階段產生減碳的效果：在原料取得的階段，因有循環資源的替代，相關產業減少初級資源的需求，這些資源耗用的碳足跡因此減少。在製造階段，推動產品物料的再利用、維修、再製造、再利用及回收的進展，會減少對應的工業程序，因此所需燃料與電力的溫室氣體因此減少。在廢棄物管理階段，因為含碳的廢棄物減少，焚化、掩埋所產生的二氧化碳與甲烷得以減少。不過，在資源回收處理再生過程中也有額外的能源資投入，這些能資源投入亦有其碳足跡。許多循環減碳的研究分析，搜集相關數據，運用不同的經濟或技術模型，以掌握生命週期不同階段的碳排放。

塑膠是循環經濟的重點物質之一，在瑞典的永續顧問機構Material economics 在2018年發表的The Circular Economy – A Powerful Force for Climate Mitigation報告中，評析四種最具循環減碳潛力的物質，分別是鋼鐵、鋁、塑膠及水泥。而這四類物質各種回收模式中，又以「高品質塑膠循環」以及「塑膠再利用」最明顯可以看出具經濟效益的減碳潛力。我國環保署2020年10月在循環經濟高峰會提出的塑膠循環經濟行動方案，推動的模式有三種，包括：

1. 減少一次性塑膠包裝用量，短期目標25%，長期目標50%
2. 提高可回收塑膠包裝回收率，短期目標50%，長期目標100%
3. 提高塑膠包裝再生成分比例，短期目標25%，長期目標35%

推動循環經濟相關政策，最好能夠評估比較各方案的環境經濟效益，為此，成大環工系的團隊在環保署計畫支持下，分析上述塑循環情境之減碳潛力，所運用的方法是廢棄物投入產出模型(WIO model)。廢棄物投入產出分析屬於一種環境投入產出分析Environmentally extended input-output analysis. Aguilar-Hernandez等人(2018)的文獻回顧證實，不同型態環境投入產出模型，已被用來分析四種循環經濟轉型類型，分別是加強廢棄物管理、建立封閉供應鏈、延長產品壽命及提升資源效率。

環境投入產出模型之中，以日本Nakamura與Kondo兩位學者開發廢棄物投出產出模型Waste Input-output model (WIO)最能完整追蹤廢棄資源的流向(Nakamura and Kondo, 2009)，因為廢棄物投入產出表的架構 (圖2) 特別將廢棄物處理與回收等程序獨立出來，記錄這廢棄物管理相關活動與一般行業的供需關係，而各行業的除了中間投入與原始投入(相當於產生之附加價值)，核心產業關聯矩陣下方增加多種廢棄物的產出與投入，最終需要的部分也擴增家戶消費產生之廢棄物與可回收資源，因此WIO模型很合適處理各種廢棄物料循環流向，讓原本需處理的廢棄物，轉為某些部門再利用投入之原料。

廢棄物投入產出的模式運用兩種係數來計算各情境的廢棄物產量與流向，如公式(1)所示，X_I,F與SW_.,F代表對於一般行業的最終需求(如家戶消費、政府支出、商口輸出等)與最終需求所產生需去化之廢棄物，這些會需求會透過投入係數A_I,I與A_I,II帶動一般行業與廢棄物管理之相關活動。所帶動的生產與廢棄物管理活動有其廢棄物投入與產出量，分別由SG_.,I與SG_.,II矩陣來計算廢棄物料之流向與流量，最後求出在整體供應鏈帶動下，一般行業與廢棄物管理相關活動的生產與處理量，最後再乘上各一般行業與廢棄物管理相關活動之碳排放強度係數R_.,I與R_.,II，以計算各行業與廢棄物處理活動之碳排。Nakamura與Kondo (2004)已運用WIO估計日本改善廢家電回收體系可產生之減碳效益。

1. G矩陣中的元素G_ij: i行業每單位生產總額的廢棄物j產量
2. S矩陣中的元素S_jk: j廢棄物由各種流向中以k方法處理或再利用之比例

在計算循環經濟的減碳效果時，首先會算出基線情境的碳排，然後再依各種循環情境與基線的條件狀況差異，調整WIO不同區塊的輸入值，以反映各種循環途徑的碳排，再計算基線情境與循環情境的碳排差異。圖3解析四類資源循環情境需調整之廢棄物產出參數區塊。以左上的例子來說明，加強廢棄理將改變廢棄物到各種處理或資源再生方式的比例，因此需要改變廢棄物管理相關部門以及一般行業的廢棄物投入，同時也要調整廢棄管理活動與一般行業活動的關聯強度。

為了量化塑膠循環經濟行動方案的減碳效益，成大的團隊先編製105年68部門廢棄物投入產出表，並且整理一般行業及廢棄物管理相關部門的碳排放強度(以每百萬元生產總額及處理每公噸廢棄物為基礎，然後分別建立(1) 減少一次性塑膠包裝用量 (2) 提高可回收塑膠包裝回收率(3) 提高塑膠包裝再生成分比例，共三種情境的廢棄物投入產出模式，對三個情境短期目標的分析結果整理於表2。其中提高塑膠包裝再生成分比例達25%所增加的減碳幅度最高，其次為減少一次性塑膠包裝用量達現況之25%。

2021年由成大陳必晟老師團隊整理的廢棄物投入產出表已分享在以下網站，歡迎各界使用與合作交流。
https://sites.google.com/gs.ncku.edu.tw/pure-lab-ncku/資源分享。

參考資料

1. Aguilar-Hernandez, G. A., Sigüenza-Sanchez, C. P., Donati, F., Rodrigues, J. F. D., & Tukker, A. (2018). Assessing circularity interventions: A review of EEIOA-based studies. Journal of Economic Structures, 7(1), 14. https://doi.org/10.1186/s40008-018-0113-3
2. Kondo, Y., & Nakamura, S. (2004). Evaluating alternative life-cycle strategies for electrical appliances by the waste input-output model. The International Journal of Life Cycle Assessment, 9(4), 236. https://doi.org/10.1007/BF02978599
3. Nakamura, S., Kondo, Y., (2009). Waste input-output analysis: concepts and application to industrial ecology. Springer Verlag.
4. Material Economics. (2018). The Circular Economy—A Powerful Force for Climate Mitigation. Material Economics.
5. 樊國恕. (2019). 建構塑膠資源循環經濟模式策略專案工作計畫. 行政院環境保護署.
6. 環保署廢管處. (2020). 塑膠循環經濟推動方案. 2020循環經濟高峰會