隨著全球關注焦點轉向氣候變遷與環境的影響，產業界也開始正視此議題。從禁止使用化石燃料到提高排放稅率，人類生活的幾乎每個層面，以及我們作為集體該如何遏制氣候變遷的速度，都已開始採取相應的應對措施。 金屬成形產業亦不例外，雖已朝環保方向邁出步伐，但要建立「綠色產業」，仍有許多路要走。現實而言，「綠色產業」取決於眾多因素，其影響範圍遠超出任何單一產業所能涵蓋，且難以單靠某個產業便能輕易左右。話雖如此，基礎層面的微小改變，仍能對整體環境狀況產生巨大的推動作用。
本文旨在闡述在坯料加熱的範疇內，環境影響的一些關鍵因素，以及應對這些因素的方法。
環境
鐵金屬與非鐵金屬產業佔全球溫室氣體排放量的 8%，是航空業排放量的 4 倍以上[1]。導致氣候變遷的主要因素是溫室氣體的釋放[2]。溫室氣體之所以得名，正是因為它們會引發溫室效應。 由二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）等氣體構成的隔熱層，會導致大氣中熱量過度積聚，進而因海冰融化而造成海平面上升。
據稱，以目前的氣溫上升速率推算，到 2050 年，地球氣溫將比工業革命前高出 3°C。「2050 年情境」指出，此種氣溫上升將導致海平面在 2100 年前上升約 3 公尺——這將使荷蘭等國家大部分地區被淹沒[3]。 或許更令人擔憂的場景是「溫室地球」。此假說指出，若氣溫較工業革命前水平上升 2°C，其影響將不可逆轉——屆時將無任何措施能阻止海平面上升，生態系統亦將遭受無法挽回的損害。因此，2°C 這個數值被設定為《巴黎協定》的基準[4]。
坯料加熱方法
鐵基與非鐵基坯料的加熱是一項高耗能的製程。最常見的做法是使用燃氣爐或感應加熱工藝來加熱坯料。這兩種方法在數十年的擠壓生產中均已獲得業界驗證，且各自具備實務上的優勢。為了進行切實可行的比較，本研究選取了一台燃氣加熱爐與一台感應加熱爐，兩者所能提供的名義溫度及質量處理量均大致相當。
† 假設燃燒效率為 100%，1 立方公尺天然氣約相當於 10.28 千瓦。
瓦斯與感應式爐具
從歷史上看，燃氣加熱器在該產業中的應用普遍較為常見。此類設備的資本成本通常略低，且視使用國家而定，其營運成本也較低。截至 2020 年第三季，英國天然氣的平均每千瓦時成本為 0.180 英鎊。以相同計量標準計算，電力平均每千瓦時成本則為 0.810 英鎊[5]。 這些較低的營運成本在短期內看似頗具吸引力。然而，氣候變遷委員會估計，這些價格到2030年將發生劇烈變化。預測顯示，到2030年，天然氣每千瓦時的價格將上漲100%，而大型製造業的電力每千瓦時價格則僅上漲42%[6]。在其他歐洲國家，這種差距更為顯著。
燃氣爐在開始加熱坯料之前，需要經過一段預熱時間以達到設定溫度。這段時間完全取決於爐體的尺寸以及適當的隔熱措施。因此，燃氣爐往往會以目標溫度持續運行很長一段時間，無論是否正在加熱坯料，都會消耗能源。 相較之下，採用感應加熱時，僅在實際加熱坯料時才會消耗能源；當坯料未處於加熱過程時，則幾乎不消耗任何能源。這有時被視為對沖壓線操作人員而言更為靈活的方法，因為可以更輕鬆地調整加熱坯料的供應量以配合沖壓產能，同時避免浪費能源。
燃氣加熱的一大優點在於其設計簡潔。這使得廠方員工能更輕鬆地進行安裝與操作。這通常被視為企業選擇燃氣加熱器而非技術更先進的替代方案時，一項關鍵優勢。當坯料通過加熱器時，其內部會於設定溫度下達到均勻加熱。此過程所需時間遠長於感應加熱，且常導致坯料外表面產生水垢，進而影響最終擠壓的品質。
使用感應加熱的最大優勢在於，它能夠實現錐度加熱。錐度加熱用於在坯料全長範圍內形成溫度梯度——這是減少沖壓模具磨損，並在全速沖壓下實現等溫擠壓的關鍵因素。 氣體爐的設計包含需定期更換的爐襯；這可能導致壓鑄生產線的停機時間延長。同樣地，感應線圈也需要更換，儘管此過程最快僅需三十分鐘。近年來，在煙氣回收系統及二氧化碳煙氣洗滌器等相關技術方面已有所進展。這些技術分別能提升效率並降低排放量。
其他方法
坯料加熱的方法不僅限於前述的兩種工藝。磁性加熱器與超導體的應用已開始在該領域展現成效。這兩種方法皆以電力而非化石燃料作為運作動力。
環境影響
本文所討論的兩種坯料加熱方法，都會因溫室氣體的排放而對環境造成負面影響。就燃氣加熱而言，二氧化碳是在製造廠內排放的。 感應加熱則完全依賴各國的電力網，因此也取決於當地的能源結構。透過圖 1，可以推算出每種情況下潛在的二氧化碳排放量。燃燒天然氣會釋放 0.185 公斤/千瓦時的二氧化碳，而英國的發電過程則會產生 0.256 公斤/千瓦時的二氧化碳[7]。
這兩種方法之間的顯著差異，主要歸因於各系統的「通電」時間——感應加熱僅針對每塊坯料進行通電。隨著英國將重心轉向再生能源，預計每千瓦小時 0.256公斤的二氧化碳排放量，將在 2030 年前降至 0.100 公斤[8]。
如圖 3所示，根據英國「2050 年實現淨零排放」的氣候政策，預計二氧化碳排放量將呈現下降趨勢。
利用圖 2 和圖 3中確定的數值，即可推算出 10 年期間的預期二氧化碳排放量。
圖 4中的數據假設處理量為 1000 公斤／小時，每天運作 16 小時，每週 5 天，每年 52 週。單憑這些數值，從個人角度來看並不容易具體量化。若以以下方式呈現，則更易於理解。 一架滿載的波音 747-400 客機，每名乘客每飛行一小時約排放 90 公斤二氧化碳[9]。圖 1所示這座規模相對較小的燃氣坯料加熱爐，其 10 年的排放量，約等同於一架波音 747 從希斯洛機場飛往甘迺迪國際機場34 趟的排放量；或者相當於駕駛一輛阿斯頓·馬丁 DB9 往返月球27 趟的排放量。
這種程度的環境影響是不可持續的。
未來
鐵金屬與非鐵金屬擠壓市場正在擴張。 根據最新數據估算，2021 年至 2027 年間[10]，鋁擠壓市場的年複合成長率（CAGR）預計為 3.8%。根據此預測的年複合成長率，市場營收預計將從 573 億美元增長至 2027 年的 916.7 億美元。隨著該產業的擴張，這勢必會對環境造成越來越大的影響。
英國政府最近針對大型工業推出了一項計畫，提供補助金以協助提升能源效率並降低碳足跡。第一階段將提供高達 4,000 萬英鎊的資金，用於「採用能提升工業製程能源效率技術的專案」及「針對工業製程能源效率與深度脫碳措施的可行性與工程研究」[11]。 其他國家，例如挪威，近期已將每噸二氧化碳排放的徵費提高至原先的四倍[12]。針對燃氣爐的煙氣回收及二氧化碳洗滌裝置等技術的進一步發展，正有助於提升效率並減少二氧化碳排放。
事後補救措施是我們社會長期以來所依賴的，但這不過是治標不治本的權宜之計。我們需要將被動轉為主動，積極推動對環境更有利的變革。 就個人而言，我們很容易將自己與環境相關的決策撇開。我們往往會選擇更輕鬆或更便宜的方案，因為它確實如此——更輕鬆、更便宜。然而，更令人難以接受的是，我們過去、現在以及未來將對地球造成的損害。但我們可以採取行動來遏止這種傷害。人類正面臨氣候危機，而這場危機是可以被遏止的。
湯瑪斯·波斯汀斯，工程學士
班亞德銷售經理 – Inductotherm 加熱與焊接
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