常溫可分解農膜 學研攜手帶永續到田間

【撰文／陳怡如】

草莓園、鳳梨田中，常會看到地上鋪著一塊黑色或透明的塑膠膜，身兼保溫、保濕、防止土壤流失和抑制雜草生長等多重功能，「農膜」正是幫助農夫耕種的好幫手，這類廣義的農業用膜材，在臺灣1年約有5萬噸用量。

雖然農膜優點不少，但後續處理對環境的負擔相對也高。工研院材料與化工研究所技術經理張勝隆指出，傳統農膜以PE材質為主，廢棄之後，一是直接就地掩埋攪到土裡，需要超過200年才能分解，容易造成土壤劣化，影響作物產量；二是回收再利用，但是回收需要耗費大量人力和成本，不符合經濟效益，因此大多採取焚燒方式處理。

不管焚燒或掩埋都會有環境疑慮，20多年前，業界開始以PLA、 PBAT、PBS、PHA等生物分解材料製成農膜，讓微生物分解「吃掉」膜材，但是缺點是價格偏高，相較於傳統PE農膜，生物分解農膜價格約高1.5至2倍左右，農民使用意願不大。

另一個更大的痛點是，常見生物分解材料需在特定的工業堆肥條件下才能完全分解。所謂工業堆肥，溫度必須控制在攝氏58±2℃、水分含量介於50%~60% 的環境中。農民需請工業堆肥廠商處理，又是一筆費用，若放進常溫土裡，分解速度非常緩慢。張勝隆透露，許多農民甚至反應，隔年還能看到前一年的生物分解膜還在土裡，無法快速完成分解。

添加多醣加速器　加快常溫分解速度

「如果無法在田間直接解決問題，再好的材料都沒有意義，」張勝隆指出，正因看見這個落差，團隊在研發初期便確立兩項明確目標：

第一，必須能在常溫環境中分解。

第二，分解時間必須可預測，且能對應作物生長週期。

這樣的設定，意味著研發重心不再只是材料本身，而是整個「農業使用情境」的系統性解方。根據團隊調查，目前需要農膜的作物，大約6個月就能結束栽種，因此先以6個月的使用時間為目標，「既維持生物分解特性，又符合作物植栽需求。」

一開始，團隊嘗試開發全新的生物分解材料結構，卻在模擬階段便發現，市面上既有材料其實已具備多數所需特性，真正的瓶頸並不在材料種類，而在分解速度與環境條件的落差。

研發方向因此轉彎，從「重新發明材料」改為「如何讓既有材料在常溫下更快被微生物分解」。團隊從微生物行為出發，注意到醣類容易吸引微生物、造成發霉現象，於是提出「加速器」概念，在PBAT生物分解塑膠基底中添加特定多醣結構，創造有利於微生物生長的環境。

成本低　好加工　好分解　降碳排

多醣種類繁多，分子量從極小到數百萬不等，光是尋找合適的多醣類，就花了不少時間。「篩選的條件一個是成本，一個是加工特性，」張勝隆解釋，塑膠吹膜加工有一定難度，雖然數百萬分子量的大分子多醣類特性好，但在高分子複合化加工很困難，成本也高，因此轉往小分子方向尋找。最後選定成本低的小分子直鏈多醣，「之後再以化學改質，調整整體的親、疏水性，進一步控制水解的速度，並達到調整使用時間的目的。」

什麼是水解現象？張勝隆比喻，就像吃蛋糕，一大塊蛋糕很難入口，必須先切成小塊才方便食用，微生物也是一樣，必須把塑膠膜切成小塊之後，才能享受食物，而切小塊的速度正是決定微生物分解時間的關鍵，「水解就是把蛋糕切小塊的步驟。」

此外，過去國外專利大多是添加咖啡渣或稻殼等材料，既加快了分解速度，又兼收施肥功效。「但我們發現，加入這些廢棄物之後，材料的耐用性和強度卻變差了，鋪膜時容易破裂，」張勝隆說明。因此團隊回到基礎研究，從材料和微生物特性下手，順利找到解方，成功研發出臺灣第一、也是唯一在常溫土壤堆肥條件下就能達到快速分解的生物分解農膜，經測試於4個月內常溫土壤環境下可崩解>90%，10個月後可完全轉換為水和二氧化碳，比起傳統PE膜焚燒的方式，可大幅降低40%碳排。

最後一塊拼圖：材料之外的關鍵驗證

材料完成後，真正的挑戰才要開始。農膜是否能如預期被微生物「吃掉」？不同地區、不同土壤條件下，分解速度是否一致？這些問題，已超出材料專業。為此，工研院主動尋求學界合作，攜手臺大生物科技研究所所長劉啟德，展開跨領域學研協作。雙方從兩個路徑包圍，工研院以材料角度看分解機制，臺大生技所則從微生物角度出發，補上關鍵的驗證科學。

為了模擬農膜在田間現地的分解效果，臺大團隊實地造訪臺灣北中南各地農田，花了半年時間打造土壤掩埋的模擬系統，系統性觀察塑膠無機質與微生物有機質的交互作用，並篩選能在常溫條件下有效分解農膜的菌種。

劉啟德指出，這項合作最大的突破，在於能依不同土壤條件與作物收成時間「因材施教」，調整最佳分解路徑，讓材料設計與環境條件真正對齊，具高度商業化潛力；而工研院在合作初期便提出清楚的「常溫」與「可預測」需求，這也讓臺大團隊可更精準地設計實驗條件；對參與計畫的學生來說，在研究階段就理解產業痛點與應用目標，補足傳統學術訓練中較少觸及的實戰經驗，是很寶貴的機會。

臺大生技所在此不只是強大的驗證後盾，更意外開啟新的研究路徑。

「之前實驗室主要研究土壤微生物領域，用於促進植物生長，和工研院合作之前，完全沒有接觸過農膜和塑膠微生物分解，」劉啟德興奮地說，後來實驗室持續研究微生物分解塑膠機制，發現土壤裡若有特定金屬離子，或改變土壤PH值，也能加速農膜分解，相關研究已發表在環境領域的頂尖期刊中。「因為和工研院合作，讓我們看到別人沒看到的面向，這就是學研合作的雙贏！」

學研合作下一步　產業把創新變生意

完成材料與微生物驗證後，技術正式邁向量產。工研院與喬福材料科技合作，將實驗室成果放大至工業製程。張勝隆一度擔心，農膜一年僅5萬噸市場，廠商願意投入嗎？以工程塑膠與泛用材料起家的喬福而言，農膜雖不是喬福熟悉的產品，卻看見這項技術在永續上的長期價值。

「早在15年前，喬福就看好可分解塑膠的潛力，投入PLA開發，當時應用在泛用性包材和一次性餐具上，是公司大量生產的產品線之一。」與工研院已有10多年的合作經驗的喬福總經理來俊吉說，初次聽聞這項技術，可在常溫下就地分解為水與二氧化碳，就覺得這概念非常環保，符合永續趨勢，於是決定投入。

即使配方已有雛型，但從工研院實驗室放大到量產段仍有不少挑戰，量產的加工條件遠比實驗機更加複雜，喬福需不斷調整加工條件，比如控制多醣在整個塑膠熔體中的分散性，唯有分散均勻，後續才能順利造粒吹膜。

除了製造生產，喬福也負責後續的市場推廣與銷售。雖然工研院已選用成本較低的多醣添加劑，但基底仍是生物分解材料，成本為傳統PE膜的1.5倍，起初推廣困難，「幾乎完全碰壁！」

後來喬福鎖定較能接受新材料與新觀念的青農，「他們點醒我，應該要用總成本的概念來看，」來俊吉解釋，傳統PE膜雖然售價低，但若加上雇用人力回收與處理費，最終成本甚至超過生物分解農膜的價格，再加上有些縣市提供生物分解農資材補助，一來一往之間，成本相當接近，大幅增加農民嘗試意願。

以前完全沒有接觸過農業市場的來俊吉回憶，為了這款農膜他全臺跑透透，親自拜訪的農會達30多家，目前，這款農膜已在嘉義、雲林等地小量導入，應用於草莓、番茄、洋香瓜等作物農地，並逐步拓展至水果套袋、香菇袋等一次性農業包材。「光是香菇袋，1年至少就有4億個用量，可說是商機無限！」

回顧這段從田間需求出發的研發歷程，「常溫可分解農膜」的產業化超越了技術突破，進而展現一種有效的跨域、產學研合作模式：由研發法人定義問題與應用規格，學界補足關鍵科學與驗證能力，產業負責放大與市場落地。

在淨零轉型與農業永續成為顯學的此刻，這樣的合作機制，或許正是臺灣未來推動永續材料與綠色製造，最值得複製的路徑之一。