橡膠瀝青減碳排放效益說明
美國製胎協會(USTMA)委託密蘇里大學的運輸創意中心結合非營利的永續運輸創意創新技術平台(The Ray)於2021年7月23日的網路研討會(Webinar)發表「廢輪胎橡膠改質瀝青(Rubber Modified Asphalt, RMA)的知識現況(State of Knowledge, SOK)報告」總結橡膠改質瀝青證實可防止路面過早出現車轍和開裂而延長路面壽命，也可以降低鋪面噪音，並提高平坦度和安全性；在經濟成本方面，RMA 已被證明是一種具有成本效益的選擇，因為它可以增加路面的使用壽命並減少和/或延遲路面維修的需求，以生命週期成本分析技術進行評估具有顯著的成本優勢；在環境效益方面，使用 RMA 可減少 CO2 排放並降低路面整個生命週期內的能源消耗，此外，由於RMA 路面較硬且鋪得更平，可減少輪胎磨損產出微粒，也改善路面逕流的水質[1]。
該研究報告說明了現行生命週期評估(Life Cycle Assessment, LCA) 模型尚未完善，針對RMA環境效益方面的關注，是路面工程界提出並製定RMA相關「環境產品聲明(Environmental Product Declarations, EPD)」的最好時機；EPD 將產品的環境影響量化，並將傳至最終用戶的過程標準化。EPD是依ISO 14025：2006的所謂「第三類環境聲明/宣告」；在歐美已有一致的瀝青鋪面生命週期各階段定義，如圖1所示[2]，由瀝青混凝土生產製造商提出經第三方認證的EPD是一般稱為「搖籃到大門(Cradle to Gate)」(圖中A1~A3階段)的環境影響量。(詳參「鋪面生命週期評估與瀝青混合料的環保產品聲明」)
英國運輸研究實驗室(Transportation Research Lab., TRL)在2020年提給國家高速公路局(National Highway)的報告[3]，列出有不同類型瀝青混凝土的EPD數據比對表，如表1所示，並且說明不同拌合廠商的數據差異不會超過5%。由表可知以標示為ABT16(一般瀝青混合料）與ABT16 PMB (高分子改質瀝青混合料）的溫室氣體潛勢(排放二氧化碳當量)為例，生產一公噸一般瀝青混合料會排放31.6公斤二氧化碳當量，若是採用高分子改質瀝青則將會排放40.1公斤二氧化碳當量。
美國瀝青鋪面協會(National Asphalt Pavement Association, NAPA)近年也配合聯邦公路總署的永續鋪面計畫，開始認證瀝青混合料的環境產品聲明(EPDs)，在公告的說明文件中列出的範例是某熱拌廠生產之標稱最大粒徑12.5mm密級配，製程溫度範圍在280至320oF(138~160℃)，每生產一美噸排放48.7kg二氧化碳當量，其中A1階段占51%，主要是指砂石粒料、瀝青、及其它摻料的「內(隱)含碳(embodied carbon)」，正如前圖1的範圍定義，EPD與產品的內含碳是相通的概念，瀝青在瀝青混合料中的用量雖少但內含碳是砂石粒料的數十倍，主控A1階段的碳排放量[2]。
美國密西根科大在2021年提給NAPA的研究報告[4]，比對一般瀝青，SBS改質瀝青、多聚磷酸(PPA)改質瀝青、及廢輪胎膠粉(GTR)改質瀝青拌製的瀝青混合料的碳排量與耗能數據，如表2所示，採用SBS改質瀝青能耗變化不大，但每一美噸多排碳約4公斤，黏結料碳排占比提高4.5%，但若採用廢輪胎橡膠瀝青做為改質劑，則不但能耗量降低，碳排量也稍減。
前述密西根科大提出的橡膠改質瀝青碳排數據與2020年瑞士針對廢輪胎橡膠改質瀝青的環境特性研究結果一致；瑞士的研究調查了氣候變化影響和累計能源需求作為瑞士半緻密瀝青路面廢輪胎改質耐磨層的兩個環境影響指標，採用的生命週期評估法中定義的範疇，除了比對高分子改質與廢輪胎橡膠改質的差異外，也將廢輪胎做為瀝青路面改質劑及做為水泥窯的替代燃料納入範圍；該研究的盤查數據是從以前的科學著作、報告、工業合作夥伴和 ecoinvent v3.5 數據庫中收集的資料；比較分析的結果顯示，與用高分子改質瀝青相比，廢輪胎橡膠改質瀝青路面能源需求相近，但具有溫室氣體排放較少的環境生態優勢[5]。
英國最大建材公司(Tarmac)的宣傳資料如圖2所示，說明生產傳統石膠泥瀝青 (SMA)混合料，每公噸排放40.1公斤 CO2 當量，若將黏結料換成橡膠瀝青，則每公噸減少碳排約3.5公斤 CO2 當量(8%)[6]。
國內數據方，邱垂德等在2007年發表的熱拌廠生產盤查數據[7]，是以換算成綜合性的環境負荷指標(EcoIndicator)，當時比對了一般瀝青、橡膠瀝青、玻璃瀝青、及再生瀝青共四種不同的瀝青混合料，突顯了瀝青黏結料和熱能為關鍵，而橡膠瀝青因瀝青用量高且拌製溫度也相對較高，故必需以較耐久的成效為基礎拉長鋪面的全生命週期，才能展現環境特性優勢，當時沒有與高分子改質瀝青比較。
近年國內廠商也開始有EPD的觀念，已有熱拌廠請專家輔導透過第三方(英國體系)對熱拌瀝青混凝土的碳足跡進行認證，該份特別的認證書顯示，生產熱拌標稱最大粒徑3/4英吋的密級配（不含路面刨除料)每公噸排放67公斤二氧化碳當量[8]。這個數字顯示國內的熱拌瀝青混合料與歐美相比，很可能有較高的碳排量，預估黏結料的影響占比應相當，從這點來推論，在國內採用橡膠瀝青來替代改質瀝青，生產高品質的瀝青混合料，每公噸的減碳量將超過英國的3.5公斤。
橡膠瀝青的品質控制需求主要有二項，其一是廢輪胎橡膠顆粒比瀝青重而沈澱造成析離，所以要在高溫狀態下持續攪拌使橡膠顆粒均勻懸浮在瀝青膠中；其次是若持續在高溫攪拌狀態下超過6或8小時，橡膠顆粒會因去硫化(de-vulcanization)及解聚合作用(de-polymerization)而失去彈性，故需即拌即用不能儲存[9]，表3為國內推動多年彙整的優缺點比較表[10]。詳參「引進廢輪胎鋪路歷程與成功案例」
總結，橡膠瀝青的成效高於傳統瀝青，與近年來因應極端氣候而採用的高分子聚合物改質瀝青有相同的成效，若搭配適當的粒料結構設計甚至優於聚合物改質瀝青；瀝青混合料的碳排來源有很大的比例來自瀝青黏結料，從內(隱)含碳的觀點判斷，高分子改質劑的內含碳相當高，以含碳很低的廢輪胎橡膠取代高分子改質劑，將可有效減碳；這點在最近幾年歐美各國對瀝青鋪面的環境產品聲明中獲得實證，與高分子改質瀝青相比，若將黏結料換成橡膠瀝青，則每公噸減少碳排約3.5公斤 CO2 當量。國內熱拌瀝青混合料的內含碳高於歐美，在高級路面有改質需求時，採用廢輪胎橡膠改質，預估將會有高於歐美的減碳效益，每公噸減少碳排超過3.5公斤 CO2 當量。詳參「以廢輪胎橡膠瀝青達成路面養護減碳的歐美經驗」。
參考文獻
1. Willian G. Buttlar and Punyaslok Rath, State of Knowledge Report on Rubber Modified Asphalt, on behalf of USTMA and The Ray, Final Report, May 25, 2021. 亦可參中華鋪面研究室發文「美國輪胎製造商協會提出廢輪胎橡膠改質瀝青知識現況報告」
2. 中華鋪面研究室發文「鋪面生命週期評估與瀝青混合料的產品環境宣告」
3. S Reeves, A Hewitt, A Pepler, Review and update of the asPECT carbon footprinting tool for asphalt road pavements, Transportation Research Lab, 7th July 2020.
4. Amlan Mukherjee, Update to the Life Cycle Assessment for Asphalt Mixtures in Support of the Emerald Eco Label Environmental Product Declaration Program, Michigan Tech for National Asphalt Pavement Association, June 2021.
5. Piao et. al., Life Cycle Assessment of Asphalt Pavements Using Crumb Rubber: a Comparative Analysis.
6. Tarmac website: Rubber Modified Asphalt – Turning old tyres into new roads.
7. Chui-Te Chiu, Tseng-Hsing Hus, and Wan-Fa Yang, Life Cycle Assessment on Using Recycled Materials for Rehabilitating Asphalt Pavements, Resources Conservation and Recycling, 2007, doi: 10.1019/j.resconrec.2007.07.001
8. BSI, Opinion Statement, Product Carbon Footprint, Verification Opinion Statement, PCFV 290 for Wei Yung Pitch Industrial Co., Ltd., Taoyuan City, Taiwan, 2021-11-15
9. Hanson, D.I., J.A. Epps, and R.G. Hicks, 「Construction Guidelines for Crumb Rubber Modified Hot Mix Asphalt」, Federal Highway Administration Report DTFH61-94-C-00035, August 1996.
10. 邱垂德等，廢輪胎橡膠瀝青鋪面發展介紹與再生利用探討，臺灣公路工程第45卷第7期，中華民國108年7月，Jul. 2019, pp. 2-23.
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