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系統識別號 U0026-0708201914151900
論文名稱(中文) 銅循環於臺灣產業鏈之潛力與價值-銅之物質流及成本效益整合性分析
論文名稱(英文) Assessing the Potential Value of Circular Practice in Taiwan’s Industrial Chains of Copper with Material Flow and Cost Analyses
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 環境工程學系
系所名稱(英) Department of Environmental Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生(中文) 蔡宗延
研究生(英文) Tsung-Yen Tsai
學號 P56031109
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 127頁
口試委員 口試委員-張祖恩
口試委員-黃文輝
指導教授-陳必晟
中文關鍵字   循環經濟  物質流分析  成本效益分析  產業鏈 
英文關鍵字 Copper  Circular economy  Material flow analysis  Cost-benefit analysis  Industrial chains 
學科別分類
中文摘要 全球在2016年共開採出18,079,308公噸的銅礦,其中主要之產出國為智利、秘魯及中國,其產出比例占全世界53.97%,然而,臺灣為不生產銅礦之國家,產業所需使用銅原料皆需依靠進口,相關統計顯示臺灣製造業在2016年共使用1,694,273公噸的銅,而在該年度又適逢美國總統川普當選,並擴大基礎設施建設,使國際銅價從年初每噸4,645美元到年末上漲至6,000美元,因我國銅原料依賴進口及銅價有上漲趨勢,本研究分析銅物質在臺灣產業鏈的流動情況,目的為瞭解臺灣主要用銅產業、找出可循環的量與用途及發現銅物料新的循環路徑及價值。
本研究整合物質流分析及成本效益分析,在物質流分析上,銅物料區分為五個生命週期階段、進出口活動及含銅廢料的循環流動子系統,瞭解各階段銅物料的流動情形,並從有銅流動的經濟活動當中篩選出具循環潛力及流量大之熱點,分析其相關產業的循環情形。再者,對於上述熱點運用物質流成本會計方法,依物質流量分析銅物料在該經濟活動中各物量中心(程序)的價值投入、產出及損失情形。最後,本研究對上述熱點依相關技術文獻設計高循環情境,透過上述兩項分析出物料的現況流量及價值,從中找尋可循環的量及價值,套用循環經濟情境設計,如製程產出的廢棄物再利用及再生之成本效益分析,驗證銅物料的循環經濟設計是否會優於現況的銅物料流動路徑。
本研究成果在物質流分析上與傳統分析不一樣,銅物質在傳統分析範圍為其生命週期階段中含銅物料品項的量總和,而本研究之分析範圍為生命週期各階段中包含的銅品項之物料量,並從上述品項中篩選出具備循環潛力之熱點,分別為電線電纜、印刷電路板、汽車、電子資訊通訊產品及熱交換設備。在成本效益分析方面挑選印刷電路板業、汽車業及熱交換設備業作為研究對象,在上述挑選之產業中,得其成本投入損失價值比例分別為15.16%、29.41%及6.16%,並將上述挑選之產業產出之廢棄物,參考相關技術文獻設計高循環情境,並透過經濟評估指標計算,在廢蝕刻液部分,離子交換法配合電解法之經濟效益優於電解法及傳統化學混擬沉澱法,在廢汽車部分,人工挑選之經濟效益優於粉碎機。最後,透過瀑布圖之型式呈現上述熱點產業銅現況流動及循環流動的經濟成本效益差異,結果顯示印刷電路板和汽車含銅物料之循環情境成本效益差異為正經濟價值,其價值分別為395,316新台幣千元及1,135,449新台幣千元,然而,熱交換設備含銅物料之循環情境成本效益差異為負經濟價值,其損失價值為344,012新台幣千元。
本研究之主要貢獻為分析產業鏈中銅物料量及價值流動情況,透過兩者分析結果,並以循環經濟原則設計搭配成本效益分析,給予產業鏈一循環經濟潛力的量化評估指標,最後,提供給予該產業或政府一產業鏈循環經濟策略。

關鍵字:銅、循環經濟、物質流分析、成本效益分析、產業鏈
英文摘要 Assessing the Potential Value of Circular Practice in Taiwan’s Industrial Chains of Copper with Material Flow and Cost Analyses
Tsung-Yen Tsai
Pi-Cheng Chen
Department of Environmental Engineering & National Cheng Kung University

SUMMARY
The study shows the material flow and cost analyses for copper in Taiwan’s industrial chains. Then, the principle of circular economy is applied in this study to create or find the value of copper circulation. To illustrate current situation of copper consumption and quantify the cost and benefit for analyzing the value chain of copper, the material flow analysis and material flow cost accounting are implemented respectively. According to the results of material flow analysis show that the great amount of the cathode is imported, and the copper recycle is not complete in Taiwan. Furthermore, from the results of five hotspots that we screen out show that the amount of waste wire and cable can reach the profit standard for the copper smelting, but the vehicle can’t be reached. And the results of material flow cost accounting show that the main loss part of printed circuit board process is caused by etching and detection, the vehicle process is caused by the consumption of raw material and crushing/sorting. Finally, in conclusion, the study knows the current situation of copper are imported from the global supply chain, and the amount of waste wire and cable can be used as the raw material of the copper smelting plant. Considering the circular-economy scenario benefit, the printed circuit board industry and the vehicle industry are positive value of circular economy, but the heat-exchange equipment is negative value of circular economy.
Key words:Copper, Circular economy, Material flow analysis, Cost-benefit analysis, Industrial chains


INTRODUCTION
Taiwan is not a copper mine production country and the copper materials of domestic industries are imported from the global supply chain. Copper is a widely used metal and the manufacturing industries in Taiwan consume 1,694,273-ton copper in 2016. Recently, due to increasing the infrastructure construction for the United State policy after the 2016 election, the increased demand of copper leads the price rise from 4,645 USD/ton to 6,000 USD/ton. As to the copper depends on the global supply chain importing and the copper price has the trend of rise, this study analyzes the flow of copper in the Taiwan’s industrial chains. From the result of analysis, the purpose is to know the Taiwan’s main copper industry, find the recyclable amount and application of the copper and assess the value of copper circular.

MATERIALS AND METHODS
Copper is a critical material which means copper has great environmental impact, low resource efficiency, low economic benefit and high supply risk. To use copper efficiently, we investigate the circular economy’s potential for the copper in Taiwan. To know the circular economy’s potential for the copper, in this study, material flow analysis is implemented to illustrate current situation of copper consumption by the industries in Taiwan. Furthermore, we screen out the hotspots industries of copper for analyzing the value chain of copper to quantify the cost and benefit with material flow cost accounting. Finally, for these hotspots industries of copper that produce waste or waste raw material in the process, this study designs a high-cycle scenario based on the related technical literature.

RESULTS AND DISCUSSION
We divide the life cycle stages of copper into raw material, semi-finished products, products, use, and recycling resource and waste management. The results of material flow analysis show that the main items imported in raw material stage are cathode, the main items in semi-finished products stage are bare copper wire, followed by copper casting and copper foil. The main items in the products stage are cable, metal hand tool and metal mold. In the use stage, the main items are machine and architecture. However, in the recycling resource and waste management stage, the results show that the copper recycle is not complete in Taiwan.
Then, we screen out five hotspots that are the copper recycle for waste wire and cable, printed circuit board byproduct, waste appliance, electronic product and the vehicle. The results of hotspots show that the waste parts of wire and cable, if used as copper smelting raw materials, it can be reaching the profit standard. But the recycle amount of the vehicle can not reach the profit standard for the smelting. The printed circuit board byproduct has the great amount of waste generated, it can develop the 3D printing to reduce the generation of waste. The development of IOT in the future will lead the increasing requirement of the electronic product and the copper. The main items of the waste appliance are air conditioner and fridge, the regeneration rate is 65.31% and 63.6% respectively. The results of hotspots with material flow cost accounting show that the main part of waste for the process in the industry. The main loss part of printed circuit board process is caused by etching and detection. The main loss part of vehicle process is caused by consuming raw material and crushing/sorting. The main loss part of heat-exchange equipment process is not much, we speculate the process and recycling technique is complete. The results of designing high-cycle scenario show that the different scenario can cause different circular economy value. It can be found the cost-effective recycling model. We compare the waste etching solution recycling scheme, the ion exchange combined with electrolysis is better than electrolysis. On the waste car recycling side, the manual selection is better than crusher. Considering the circular-economy scenario benefit, the result of cost and benefit analysis show that printed circuit board and vehicle are positive value. The value of copper is 395 NT million dollars and 1,135 NT million dollars respectively. On the other hand, the heat-exchange equipment is negative value. The loss value of copper is 344 NT million dollars.

CONCLUSION
In Taiwan’s copper industry chain, the great amount of copper materials is imported from the global supply chain, and there is a lack of information on the follow-up downstream of waste circulation. According to the analysis of the amount of the copper circulation and the circular pathway of hotspots in the copper material flow system, the amount of waste wire and cable can be used as the raw material of the copper smelting plant. On the circular-economy scenario benefit side, the printed circuit board industry and the automotive industry are in line with the cost-benefit of recycling, while the heat-exchange equipment is not in line with the cost-benefit of recycling.
論文目次 目錄
中文摘要 I
Extended Abstract III
致謝 VI
目錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XI
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究架構 5
1.4 研究範圍與限制 6
第2章 文獻回顧 7
2.1 銅物料定義與資源現況 7
2.2 物質流基本分析原理 9
2.3 成本效益分析 11
2.4 循環經濟模式設計 14
2.5 循環經濟指標 16
第3章 研究方法與實驗設計 19
3.1 物質流架構內容 & 循環熱點計算 20
3.2 價值鏈評估方式 & 步驟 25
3.3 循環經濟情境設計 31
第4章 結果與討論 34
4.1 銅物質流現況 34
4.1.1 銅原料 36
4.1.2 銅與銅合金製品/半成品 39
4.1.3 含銅產品/銅成品 42
4.1.4 最終使用 43
4.1.5 資源循環與廢棄物管理 44
4.1.6 進出口活動 46
4.1.7 循環體系 48
4.2 銅物質流循環點 49
4.2.1 廢電線電纜的銅回收 50
4.2.2 印刷電路板副產物的銅回收 54
4.2.3 汽車的銅循環與回收 58
4.2.4 電子資訊通訊產品的銅回收與減量 62
4.2.5 廢家電銅回收 64
4.3 銅物質流-循環回收分析 66
4.3.1 印刷電路板銅物質循環回收方案 66
4.3.2 汽車銅物質循環回收方案 70
4.3.3 冷暖氣機、冰箱銅物質循環回收方案 73
4.4 銅物質流-物質流成本會計現況分析 76
4.4.1 印刷電路板物質流成本會計 76
4.4.2 汽車物質流成本會計 83
4.4.3 冷暖氣機、冰箱物質流成本會計 88
4.5 銅物質流熱點循環情境成本效益差異分析 93
4.5.1 印刷電路板循環情境成本效益差異分析 93
4.5.2 汽車循環情境成本效益差異分析 95
4.5.3 冷暖氣機、冰箱循環情境成本效益差異分析 96
4.6 物質流分析與成本效益分析之不確定性 98
4.6.1 物質流分析之不確定性 98
4.6.2 成本效益分析之不確定性 99
第5章 結論與建議 100
5.1 結論 100
5.2 建議 102
參考文獻 104
附錄 108
附錄一 銅物質各生命週期階段銅物料計算細項目 108
附錄二 銅物質各階段物料含銅重量及來源 114
附錄三 物料含銅量資料表及引用文獻 117
附錄四 成本效益分析盤查資料 122

表目錄
表2 1 銅物料各階段挑選品項說明 7
表2 2 銅循環六大策略行動與相關技術趨勢表 15
表3 1 盤查資料庫來源說明及生命週期應用階段 22
表3 2 物質流量計算方法 24
表3 3 MFCA各品項成本定義說明 28
表3 4 未來的價值創造方針導向之情境 32


圖目錄
圖1 1 2016年銅礦產出分佈 2
圖1 2 銅價走勢(2016年01月至2016年12月) 2
圖1 3 現況與循環經濟情境的成本經濟效益差異 3
圖1 4 研究架構圖 5
圖2 1 銅物質流動系統架構圖-以中國為例 10
圖2 2 價值量化樹狀圖 11
圖2 3 End-of-life (EoL)產品回收的價值鏈 12
圖2 4 日本循環型社會之物質流 16
圖2 5 循環經濟監控架構(Circular economy monitoring framework) 17
圖2 6 歐盟物質流分析系統 18
圖3 1 研究流程圖 19
圖3 2 物質流分析架構 20
圖3 3 產業關聯表之示意圖(精簡為五個產業部門) 21
圖3 4 Sankey型式的物質流系統圖 23
圖3 5 循環熱點產業-銅金屬流動示意圖 24
圖3 6 瀑布圖(包含經濟、社會、環境成本及真實價值) 26
圖 3 7 循環模式評估瀑布圖 26
圖3 8 物質流成本會計之成本分配 27
圖3 9 物質流成本會計分析堆疊示意圖-重量及成本 29
圖3 10 投入產出分析之輸入輸出表(產業關聯表)-銅物料之示意圖
30
圖3 11 循環經濟模式-循環技術部分 31
圖3 12 循環回收方案設計示意圖 33
圖4 1 2016年臺灣銅物質流圖 35
圖4 2 銅原料流動現況 36
圖4 3 2016年陰極型精煉銅進口國家分布 37
圖4 4 2012年到2016年陰極型精煉銅進口趨勢-以主要進口國為主
38
圖4 5 銅與銅合金製品/半成品流動現況 39
圖4 6 2012年到2016年我國主要半成品之外銷量趨勢 40
圖4 7 2012年到2016年我國主要半成品之外銷價值趨勢 41
圖4 8 含銅產品/銅成品流動現況 42
圖4 9 最終使用流動現況 43
圖4 10 資源循環與廢棄物管理流動情況 44
圖4 11 電線及電纜銅物質流路徑 50
圖4 12 廢電線電纜處理流程圖 51
圖4 13 廢電線電纜循環點分析方案 52
圖4 14 印刷電路板銅物質流路徑 54
圖4 15 印刷電路板產出廢棄物的比例 55
圖4 16 酸性蝕刻廢液循環再生系統 56
圖4 17 鹼性蝕刻廢液循環再生系統 56
圖4 18 汽車銅物質流路徑 59
圖4 19 電動車用銅趨勢 60
圖4 20 101年到106年電動車登記車輛總數 61
圖4 21 汽車循環與回收分析方案 61
圖4 22 電子資訊通訊產品銅物質流路徑 62
圖4 23 無線充電器構造圖 63
圖4 24 熱交換設備銅物質流路徑 64
圖4 25 冷暖氣機再生原料比例 65
圖4 26 電冰箱再生原料比例 65
圖4 27 銅循環回收方案示意圖-印刷電路板產出之廢棄物 66
圖4 28 廢蝕刻液及含銅污泥傳統處理方案 67
圖4 29 廢蝕刻液及含銅污泥循環回收方案A 68
圖4 30 廢蝕刻液及含銅污泥循環回收方案B 69
圖4 31 廢汽車的銅循環回收 70
圖4 32 廢汽車循環回收方案A 71
圖4 33 廢汽車循環回收方案B 72
圖4 34 廢冷暖氣機的銅循環回收 73
圖4 35 廢冰箱的銅循環回收 73
圖4 36 熱交換設備循環回收方案A 74
圖4 37 熱交換設備循環回收方案B 74
圖4 38 印刷電路板物質流成本會計 77
圖4 39 印刷電路板切單示意圖 78
圖4 40 印刷電路板MFCA之成本分配 81
圖4 41 印刷電路板各物量中心正負產品重量比例 82
圖4 42 印刷電路板各物量中心正負產品價值 82
圖4 43 汽車物質流成本會計 84
圖4 44 汽車MFCA之成本分配 86
圖4 45 汽車物量中心正負產品重量比例 87
圖4 46 汽車各物量中心正負產品價值 87
圖4 47 冷暖氣機、冰箱物質流成本會計 89
圖4 48 熱交換設備MFCA之成本分配 91
圖4 49 熱交換設備物量中心正負產品重量比例 92
圖4 50 熱交換設備各物量中心正負產品價值 92
圖4 51 印刷電路板成本效益差異分析圖(含銅部分) 94
圖4 52 汽車成本效益差異分析圖(含銅部分) 95
圖4 53 冷暖氣機、冰箱成本效益差異分析圖(含銅部分) 96
參考文獻 參考文獻
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