一、 前言
2020年工業部門占全球溫室氣體(greenhouse gas, GHG)排碳量的24.2%，而隨著消費支出的快速成長，2021年全球能源和工業生產過程產生的CO2高達363億公噸，預計到2050年，工業必須實踐脫碳才得以將全球上升均溫控制在1.5˚C以下。工業製造過程從資源開採、生產排程、製造、包裝到運輸，整個過程皆會產生大量的GHG(圖一)，因此在環境劇烈惡化、消費者意識抬頭及政府法規推動下，未來工業5.0將是全面性結合自動化及永續的零碳製造。未來商業模式亦將轉變為基於服務的模式，例如零排放即服務，以達到永續性的目標。

二、零碳製造的關鍵趨勢
1. 用於監測排放的工業物聯網（Industrial Internet of Things, IIoT）
IIoT除了是推動自動化生產的核心技術外，也是加速零碳製造的關鍵。藉由排放感測器監測設備排放的氣體，經雲端運算與人工智慧進行減排決策分析，並以IIoT技術提供即時排放監測與控制，使能源達最佳利用率並減少損耗。預計到2030年，藉由物聯網技術將可減少約4%的溫室氣體排放量。

值得注意的是，大量使用通訊設備容易導致數據外洩，因此製造商必須建立強大的資訊安全框架，以確保平台中的資訊安全。

2. 微電網電力系統
疫情與氣候變化導致家庭和產業用電模式異常，使得電力供應面臨巨大挑戰。而微電網成為電力系統的長期解決方案，當集中式電網出現異常時，微電網電力系統可整合再生能源儲存的能量供電。2021年，美國共有461個微電網投入營運，並提供3.1GW的電力。

然而，對於中小型企業而言，微電網融資的成本相當高昂，因此政府補貼有助於加速建立微電網系統，例如：2020年，紐約政府撥款4000萬美元投入協助建立微電網系統。

3. 閉環商業模式（Closed Loop Business Models）
製造業為達成永續發展的目標，其供應鏈從線性模式轉變為循環模式，以致力消除廢棄物之碳足跡，採用之循環商業模式有以下三種： 

(1)碳循環再造（Carbon Upcycling）
碳循環再造為一種去除碳的技術，可直接從大氣中捕獲碳並將其儲存起來以供重複使用。儲存的碳可回收再利用成為有價值的資源，如建築材料(混凝土)、化學品或碳纖維。雀巢企業亦透過在土壤中捕獲和儲存二氧化碳，改善農田質量，實踐創新的再生農業模式。
(2)產業共生（Industrial Symbioses）
產業共生為一種資源共享的商業模式，將其中一個產業的廢品提供給另一個產業回收再利用。例如：Proctor & Gamble的企業目標是零浪費，除了透過優化製程減少約95%的浪費之外，還將生產廢料出售給匈牙利當地的水泥生產商再利用。
(3)再製造
再製造指有效利用過時產品或零件，以生產新品或翻新產品。再製造前需進行結構化規劃，並提供產品生命週期相關數據，以避免增加不必要的排放量和成本。目前應用最為廣泛的工業領域為汽車產業，包括豐田、Volvo、特斯拉和BMW等。

三、實現零碳製造的核心技術(圖二)
1.人工智慧
預計到2030年，人工智慧的工業應用（包括：測量總體碳足跡、提出決策建議以控制排放、提供準確的需求預測實現零庫存和零浪費）可減少全球約5%的溫室氣體排放量。

商業實例
(1)Alphabet、IBM、Intel和微軟等企業為美國提供工業人工智慧服務的主要市場參與者。
(2) Uptake是一家總部位於芝加哥的軟體即服務企業，開發一款可根據即時生產數據提供分析及建議的人工智慧軟體，透過提高製程效率及提升產品質量，以降低產品碳足跡。
(3)Aeromon是一間芬蘭人工智慧新創公司，使用無人機追蹤工業排放，亦結合人工智慧技術提供即時可視化、自動化的排放報告，並進一步提供企業行動建議實現零排放。

2.物聯網
物聯網是推動工業革命的核心技術，可為企業帶來更高的資訊透明度、數據易取得和即時反應的能力。物聯網的工業應用包括：監控排放以實現零排放、追蹤能源消耗、提高品保措施的數據效率等。

目前亞太地區為IIoT成長最快的地區，預計2021-2030年間的市場複合年成長率將達到25%；另外，到2025年北美地區的市場規模亦將達到約360億美元。

商業實例
(1) 自行車製造公司Harley Davidson透過IIoT技術將生產週期從 21天大幅縮短至6小時，並同時優化能源消耗減少製程缺陷造成的浪費。
(2) 礦業公司Rio Tinto以物聯網技術將卡車、輸送機、船舶和其他基礎設施等大量性能資料，結合人工智慧、機器學習等技術進行預測性維護，其可節省200萬美元日常營運成本。

3.機器人
市場中約有59%的製造商在生產流程中採用機器人技術，其應用包括：針對可重複使用的零件進行分類以幫助回收、提高製程效率並消除浪費、協助清理工業廢物。

目前亞太地區為工業機器人成長最快的市場，尤其中國的工業機器人市場占比為全球市場的40%。

商業實例
(1) Kuka Robotics以機器人協助工業製程中的操作，例如揀貨，以提高效率並減少浪費。此外，亦透過準確的分類技術促進廢物回收。 
(2)蘋果使用機器人從廢棄的iPhone中挑選和分類可重新應用於生產新手機的可重複使用零件。

4.區塊鏈
製造商藉由區塊鏈技術除可準確計算整個產品供應鏈的排放量外，並可在供應鏈合作夥伴之間形成碳信用體系，以建立一個系統性的零排放策略。區塊鏈的工業應用包括：提升整個供應鏈的透明度和問責制、標準化的碳測量系統、提高合作夥伴間的交易安全性和效率等。

在市場方面，由於北美地區的區塊鏈技術應用較早，以及擁有較多的新創企業，因此，2021年的全球市場占比最大(約40%)，而亞太地區則正快速成長中。

商業實例
(1)IBM提供區塊鏈技術服務，協助企業精準計算排放量以量化其碳足跡，並提供減少碳排放的方案。
(2)South Pole透過區塊鏈技術監測和分析碳足跡，為客戶記錄碳排放並制定抵消或減少排放的策略。 

四、關鍵產業的零碳製造：零排放、零浪費、負排放及循環模式
(一)汽車產業
1.零排放：豐田汽車Auris工廠使用太陽能；Leaf工廠使用風能等再生能源實現零排放。
2.零浪費：將人工智慧技術用於車輛或電池的生產及預測性維護，以減少資源和能源消耗。
3.循環模式：特斯拉和BMW等企業回收電池進行再利用。

(二)重工業
1.零排放：透過使用電動車承載貨物，例如：Volvo企業提供建築工地自動化的電動裝載機。
2.零浪費：結合人工智慧技術應用於材料需求預測、增材製造、回收和再製造以實現零浪費。例如：Heidelberg水泥回收混凝土、磚塊、灰燼和玻璃，並供給鐵路和公路建設使用。
3.負排放：發展重點為碳捕獲及儲存技術，例如：Thyssenkrupp企業生產鋼鐵時會捕獲二氧化碳並轉化為有價值的化學品再行利用。

(三)資通訊產業
1.零排放：將再生能源應用於數據中心、脫碳電網和測量排放。例如：微軟已將大部分能源需求轉為再生能源。
2.零浪費：回收和再製造電子廢品有助於減少浪費。例如，Dell發起回收活動，鼓勵客戶回收電子產品後公司再進行再製造。
3.負排放：以碳封存、碳去除和區塊鏈技術協助計算碳足跡，而IT感測器則可用於實現負排放。例如，Microsoft、Logitech及Plain Concepts提供基於區塊鏈技術的監控系統，以提供客戶準確量測碳足跡及減少排放。

(四)包裝業
1.零排放：透過採用永續性的包裝材料（例如：植物塑料）實現零排放。例如，IKEA使用菌絲體生物塑料作為包裝材料。
2.零浪費：結合人工智慧技術的3D列印可提高資源效率並消除浪費，例如：Thermos製造的絕緣容器包裝即採用3D列印技術。
3.循環模式：回收消費過的可回收、可重複使用的紙質包裝，並進行再利用。例如：Loop為一間提供消費過的可回收包裝企業，並得到聯合利華、百事可樂和雀巢等國際企業的支持。