瀝青混凝土再生劑的研發現況

為了降低回收瀝青路面（Reclaimed Asphaalt Pavements, RAP）使瀝青變硬抗裂性變差的問題，產製高RAP添加量的再生瀝青混凝土（RBR > 0.25），需要添加所謂「再生劑(Rejuvenator, 或 Recycling Agents, RA)」，以期能恢復老化瀝青原有物化特性。

(瞭解RBR可參「控制再生瀝青混凝土中黏結料的量(RBA)與質(RBR)」)

一、瀝青再生劑的定義與分類

瀝青再生劑（Rejuvenator, 或 Recycling Agents, RA)是一種專門用於「修復與回復老化瀝青材料物理及化學特性的特殊化學/油品添加劑，其作用機制、工程應用技術價值、及材料分類與型態分述如下：

1. 作用機制（化學與膠體結構層面）：瀝青膠泥由「瀝青質（Asphaltenes）」與「膠質/油分（Maltenes）」組成。瀝青在長時間受到日光、空氣及溫度影響而老化時，輕質油分會大量蒸發或氧化，導致瀝青質比例相對過高，表現出「變稠（硬化）、變脆且易開裂」的物理特性。再生劑的核心作用在於「補充老化瀝青中缺失的輕質油分與芳香烴成分，重新平衡瀝青內部的膠體結構，從而恢復瀝青原有性質」。(可參「仍需投入更多研究資源的再生劑(Rejuvenator)」)
2. 工程應用技術價值為「提升 RAP 重復再用率」及「延展鋪面壽命」：在路面刨除料（RAP）回收再利用過程中，添加再生劑能使高比例的舊瀝青被「活化（Activated）」並恢復黏結力，降低對原生瀝青（Virgin Asphalt）及新砂石粒料的依賴。延展鋪面壽命是指改善再生瀝青混凝土的抗低溫與抗疲勞開裂的性能，顧全瀝青路面的長期耐久性與品質。
3. 材料分類與型態：市場上的再生劑型態多樣，主要包含：

• 石油基再生劑：如傳統高芳香烴油、軟質瀝青等。
• 生物基再生劑（Bio-based, 簡稱「生質再生劑」）：如精煉植物油、廢棄食用油（WCO）、木質素衍生油等低揮發且環保的替代材料。
• 複合/化學改質劑：包含單一化合物或混合多種界面活性劑與聚合物的商用配方。

瀝青再生劑(RA)不單純是「稀釋劑」或「軟化劑」，而是「透過化學組分的重新平衡與膠體結構修復，使老化變硬的瀝青膠泥重獲軟化、黏結與抗裂本性的關鍵調和劑」。

目前ASTM D4552規定的再生劑品質檢測項目是針對該規範訂時期出現的石油系再生劑，已不適用於現在流行的「生質再生劑（Bio-Based Recycling Agents, RAs）」，包括造紙業的黑液妥爾油，或提煉自廢食用油(Wasted Cooking Oils, WCO)的複合型再生劑，有必要擬訂新的再生劑品質檢驗方法，也需要有相關再生劑長期老化特性的檢測方法。

二、市場轉向使用生質綠能副產物

隨著全球推動淨零碳排與資源循環，傳統以石油基高芳香烴油為主的瀝青再生劑因含有苯、多環芳香烴等致癌風險與環境毒性，正逐漸被市場淘汰。

1. 石油系再生劑的致癌風險與背景

傳統的石油系瀝青再生劑主要依賴石油煉製過程中的芳香族抽提油（Aromatic Extracts, 如 RAE、DAE、TDAE）或芳香油（Aromatic Oils）。這些富含芳香烴的油品能高效溶解老化瀝青中的瀝青質（Asphaltenes），回復其流變性能。然而，這類石油萃取物含有高濃度的多環芳香烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs）以及多環芳香族化合物（Polycyclic Aromatics, PCAs）：

• 致癌性與基因毒性：如苯駢芘（Benzo[a]pyrene）等多環芳香烴已被國際癌症研究機構（IARC）列為一級致癌物（Group 1），長期接觸或吸入其蒸氣會顯著增加肺癌、皮膚癌及膀胱癌的風險。
• 熱拌揮發風險（VOCs & Asphalt Fumes）：鋪路施工時，瀝青需加熱至 150℃ ~ 170℃，石油系芳香油在高溫下會揮發出大量的有害煙塵與毒性揮發性有機物（VOCs），對第一線施工人員的呼吸道與皮膚健康造成直接威脅。

 2. 歐美法規轉向與文獻支持

歐美市場的轉變不僅出於碳中和考量，更受到嚴格健康安全法規的強制約束：

• 歐盟 REACH 法規與安全指令（Directive 2005/69/EC）
• 內容：歐盟早就全面禁止在橡膠與油品加工中使用含多環芳香烴（PAH）高於 3%（以 DMSO 抽提物 PCA 計）的石油萃取油（如傳統 DAE）。
• 文獻/規範：歐盟規範要求所有使用的軟化劑與再生劑必須通過 IP 346 檢測，證明 PCA 含量低於 3%。這迫使道路工程界尋求安全性更高的替代品（如生質植物油、精煉木質素生質油）。
• 美國職業安全衛生署（OSHA）與 NIOSH 關於瀝青煙霧（Asphalt Fumes）研究
• 研究結論：NIOSH（美國國家職業安全衛生研究所）多篇文獻指出，瀝青煙霧中的 PAH 是鋪路工人職業致癌的主要風險來源。(可參「推動溫拌瀝青兼顧減碳及勞工健康」)
• 學術期刊支持：《Environmental Science & Technology》與《Journal of Hazardous Materials》等多篇關於瀝青瀝青煙（Asphalt Emissions）的文獻表明：添加生質再生劑（如廢食用油 WCO、木質素衍生油、植物基酯類）可顯著降低高溫加熱時 PAHs 的揮發量（部分研究顯示可降低 50%∼80% 以上的 PAH 排放）。《Construction and Building Materials》期刊中的對比研究顯示，生質再生劑（Bio-rejuvenators）不含稠環芳香烴，從根本上杜絕了傳統芳香油（Aromatic Oils）的致癌毒性，極大地改善了施工環境的毒理學安全性（Toxicological Profile）。
• 總結：生質再生劑的雙重優勢
• 歐美道路工程界轉向生質綠能副產物（如木質素生質油、高粱/柳草精煉副產物、植物油殘渣），構成了「降低健康毒性風險」與「實現減碳循環經濟」的雙重驅動力：
• 健康安全：消除 PAH 致癌物來源，保障施工人員健康，符合 REACH 等嚴格法規。

路面工程性能：生質油富含酯類與輕質酚類，滲透與軟化硬化瀝青的能力不輸（甚至超越）傳統石油系芳香油。

生質綠能副產物（如廢棄食用油 WCO、精煉植物油副產物、木質素衍生油等）因具備環保、可降解及低揮發等特性，且富含脂肪酸酯等輕質油分，能有效補充老化瀝青缺失的 Maltenes 成分、平衡化學組分並修復膠體結構。然而，生質油源廣泛且品質不一，如何兼顧再生效果與長期抗氧化穩定性，成為生質再生劑全面商業化應用的核心挑戰。

三、NCAT進行中的生質再生劑研究

為了降低回收瀝青路面（RAP）與回收瀝青瓦（RAS）使瀝青變硬抗裂性變差的問題，產業常加入生質再生劑（RAs）。然而，市面上生質再生劑種類繁多，且富含脂肪酸的生質油在高溫氧化下易變質，需要一套能評估其化學組成與長期性能的機制。研究目的為(1)分析生質 RAs 的脂肪酸成分（飽和、單元不飽和、多元不飽和）與其抗氧化穩定性的關係。(2)提出能預測再生劑性能的化學指標，並驗證其對降低再生瀝青膠泥裂縫潛力的效果。

該研究分為兩個階段進行：(引述文獻：Raquel Moraes, Fan Yin, and Carolina Rodezno,Laboratory Performance and Compositional Evaluation of Bio-Based Recycling Agents), Association of Asphalt Paving Technologies conference, TRR 2023)

第一階段（篩選 5 種生質 RAs）：

1. 利用氣相層析質譜儀（GC/MS）分析 5 種生質 RAs（RA1～RA5）的脂肪酸組成。
2. 測試 RAs 經過 RTFO（短期老化）及 40 小時 Extended PAV（長期老化）前後的旋轉黏度與質量變化。
3. 將 5% 的 RAs 攙入 PG 58-28 瀝青膠泥中，經長期老化後利用彎曲樑流變儀（BBR）評估低溫抗裂性能。

第二階段（深度驗證選定的 2 種 RAs）：

1. 選定性能表現差異顯著的 RA3 與 RA5，分別攙入包含 RAP/RAS 的高回收比例再生瀝青膠泥中。
2. 經長期老化後，利用 BBR 及動態剪切流變儀（DSR）評估流變特性（ΔTc、Glover-Rowe 參數）。
3. 使用膠體透氣層析儀（GPC）與福里葉轉換紅外光譜儀（FTIR）分析分子大小分佈（LMS）與氧化官能基（羰基 C=O、硫氧基 S=O）的變化。

研究結論與建議為：

1. 指數有效性：透過 GC/MS 分析算出的脂肪酸指數（ Dfatty acids  ）能有效篩選不同化學組成的生質 RAs，並預測其對瀝青膠泥長期抗氧化與抗裂性能的影響。
2. 生質 RAs 選擇：生質再生劑並非多元不飽和油脂越多越好，適當平衡飽和、單元與多元不飽和脂肪酸（如 RA3）才能確保再生劑本身的耐久性與再生效果。
3. 未來建議：建議未來進一步驗證 GC/MS 樣品準備程序，並針對不同生質原料定出更明確的 Dfatty acids  規範門檻值。

此外，2006年NCAT也加入由美國國家科學基金會（NSF）資助的 BRIDGES Engine 區域計畫，BRIDGES Engine (如圖所示)是一項預計在未來 10 年內獲得高達 1.6 億美元資助的計畫，跨足阿拉巴馬州與田納西州，結合 85 個產官學研夥伴，旨在推動農村地區的生物基製造業（Biobased manufacturing）。該計畫將透過種植柳草（Switchgrass）與芒草（Miscanthus）等多年生纖維作物，轉化為汽車、建築與包裝產業的高價值產品。預計可創造 3,000 萬美元的年農作物收入、吸引約 20 億美元私人工業投資並提供超過 4,000 個高技能就業機會。

美國國家科學基金會（NSF）資助的 BRIDGES Engine 區域計畫情資圖

NCAT 將專注於生物基道路瀝青的研發，評估從這些作物中提取的植物木質素（Lignin）是否能部分替代傳統的石油基瀝青黏合劑（Asphalt binder）。研究團隊將測試木質素與瀝青的相容性，並評估其抗裂性、抗車轍性（Rutting resistance）及耐濕耐久性，確認是否能滿足耐久路面的效能要求。若研發成功，將能降低對石油資源的依賴、減少碳足跡，同時為農民創造新的經濟收益並強化本土供應鏈。

雖然 BRIDGES Engine 的第一階段重點在於以木質素「部分替代（Partial Replacement）」新瀝青黏結料（Binder），但在生質精煉的技術架構與 NCAT 的研究脈絡下，該計畫具備極高且明確的潛力開發出生物基瀝青再生劑。

四、台灣地區的生質再生劑開發建議

考量台灣地狹人稠、高交通負荷以及推動循環經濟的政策目標，發展生質再生劑具有極高的工程與環保價值，建議可從以下三點著手：

1. 多元化與低成本料源開發：轉向「非 SAF 競爭」之生質副產物

由於優質 WCO 受歐美 SAF 及生質建材市場追捧，國內價格水漲船高且供不應求，直接使用頂級 WCO 製造瀝青再生劑在經濟效益上面臨挑戰。研發團隊與業者應拓展料源，轉向開發 SAF 規格外（如高酸價、高雜質）的廢油脂、餐飲截油槽浮油/油脂（Grease Trap Waste），或農業加工與生質柴油煉製過程中的低值副產物（如粗甘油、植物油腳、木質素衍生油等），避免與高價 SAF 產業直接搶料。

國內廢食用油流向情資圖

2. 建立高值化精煉與分級標準（導入 NCAT 脂肪酸指數概念）

針對低品質或劣質生質廢油，應建立在地化的預處理與化學修飾技術（如酯交換反應、去除極性雜質）。借鏡 NCAT 研究，透過 GC/MS 分析其脂肪酸組成並控制其「脂肪酸指數（Dfatty acids）」，確保即便是使用非標準料源調製出的再生劑，仍能具備良好的熱氧化穩定性，避免在瀝青拌合的高溫下快速氧化失效。  

3. 發揮「生質再生劑 + 瀝青發泡」加乘效益，降低整體施工綜合成本

在高價料源環境下，再生劑的使用必須發揮最大化效能。建議台灣拌合廠採用 NCAT 所推薦的「生質再生劑預混於新瀝青 + 發泡（Foaming）」技術。發泡技術能大幅提升生質再生劑對老化 RAP 瀝青的潤濕包覆與滲透能力，進而減少生質再生劑的單位添加量；同時還能實現溫拌瀝青（WMA）效果，藉由降低拌合與壓實溫度所節省的燃料成本，來平抑生質再生劑的原料成本。

4. 政策引導與循環經濟政策配套（ESG 與碳權抵換）

針對留在國內循環利用於公共工程鋪面的生質再生劑，政府應提供相應的政策激勵機制。例如：將採用生質再生劑的高 RAP 再生瀝青路面納入公共工程的碳足跡減碳評估與 ESG 綠色採購指標，透過政策效益補貼生質料源成本，提高國內業者將廢油留在在地進行高值化道路材料應用的意願。