全球每年約產出3,000萬噸廢輪胎，展開約可繞赤道50圈，這些黑色巨環無法自然分解，焚燒或掩埋都會造成環境問題。工研院開發的「AI優化高活性廢輪胎水刀清胎製程技術（AI-WaJe™）」，以高能超快流體方式達成化學硫鍵斷鏈，將廢輪胎轉化為高活性的再生橡膠，實現「從輪胎到輪胎」的高值化循環，並獲2025全球百大科技研發獎。
輪胎的使用壽命有限，卻無法輕易再生。臺灣廢輪胎回收率雖高達9成，但現行技術多停留在機械破碎與裂解階段：回收鋼絲、製成瀝青添加物或PU跑道等降階應用。這些再利用形式雖具環保意義，卻屬低值應用。要讓廢胎回到全新輪胎，必須解決一個核心問題，橡膠活性。
打破過度交聯 讓廢胎循環再生
工研院智慧機械科技中心組長王仁傑解釋，白話理解活性的意思，就是橡膠能夠再被塑形，重新和其他東西結合起來，如果活性太低，就是「死的料」，很難再變回原料，和其他橡膠融合，再製為輪胎。原因就於輪胎在使用過程中，分子鏈會持續增長，稱為分子鏈的「過度交聯」，這會讓輪胎愈來愈硬，活性就愈來愈低。
臺灣處理廢輪胎主要採用破碎法，用機器將輪胎攪碎後，把鋼絲分離出來。「破碎法只是將讓輪胎變細碎，卻沒有解決過度交聯的問題，」王仁傑指出，需要將膠粉再做表面化學改質，才能將過度交聯的分子鏈打斷，讓它可以和別人重新「手牽手」，但如此又多一道處理工序。
「提高膠粉活性，是輪胎循環經濟的關鍵門檻。要讓廢輪胎真正回到原產業鏈，就必須從材料層級重新設計，」王仁傑說。
從挖隧道到切割輪胎的水刀技術
這項技術的起點，來自一位土木工程師的跨界轉身。
水刀專家鄭品聰是土木工程背景，畢業後曾在政府單位擔任公務員，專門研究橋梁隧道，當時單位希望他去研究隧道工程，於是他到臺大土木所攻讀博士，鎖定水刀技術用於開挖隧道岩體。
「我在臺大整整熬了8年！」鄭品聰從土木一路鑽研到機械、化工、物理、應用力學，為他打下扎實的跨領域基礎。2003年臺大畢業後，他組裝了一台大流量高功率的水刀設備，準備用在土木工程上，但對當時的市場來說仍然太過新穎，他思考如何把這項技術在臺灣扎根，從文獻中，他發現國外有人測試用水刀將廢輪胎切割成膠片，於是2005年底將水刀技術轉向廢輪胎的回收處理。
「全球橡膠產量高達7成都用在輪胎上，如果能讓舊輪胎變成新輪胎的原料，這有多帥啊！」這樣一個單純的想法，讓鄭品聰一頭栽進廢輪胎處理研究領域。
突如其來的靈光乍現，開啟了鄭品聰長達20年的探索。自2005年投入水刀領域，從可行性研究開始，不斷完善數據、經驗與機制行為，2021年鄭品聰加入工研院智慧機械科技中心，在政府支持下，完成最終成果，並於2025年衍生成立新創公司「奇妙水循環材料科技」。
重新回到有活性的狀態。
用物理粉碎取代化學改質 提高橡膠活性
為什麼水刀切割可以提高橡膠活性？王仁傑表示，一般人對水刀的印象，就是將能量極端集中，可用來切割各種堅硬材料，但這與破碎法一樣，只是切斷橡膠，無法切斷分子鏈。團隊改以高壓高速的旋轉槍頭，用強而有力的水霧取代水柱，槍頭一共有6個噴嘴，每個噴嘴轉速一分鐘達6,000轉，6個噴嘴每分鐘就有3萬6,000次的切割，「它走過的地方幾乎寸草不生。」
因著這樣高速的碰撞，水刀對橡膠產生強烈的局部能量密度與瞬時熱效應，這種微尺度的衝擊能切斷過度交聯的分子鏈，膠粉會重新回到有活性的狀態，「這個技術最大的亮點，就是用表面的物理方式取代內在的化學改質，」王仁傑說。
「這正是水神奇的地方！」一開始鄭品聰也不知道水有這個奇妙能力，直到做出高活性膠粉後，發現表面的物理切割竟然產生內在的化學變化，於是他從結果反推，花了2年時間，與團隊反覆測試不同壓力、噴嘴角度與流速，逐一確認水刀提高橡膠活性的關鍵參數，確保不同參數設定，所能產生不同活性的膠粉。
運用AI演算 找出最佳施作參數
鄭品聰更進一步與團隊開發出全球首創的「專家系統模組」，由過去累積的豐富數據建立一套AI演算法，可根據需要的活性程度，建議施作參數。目前國際大廠的膠粉相對活性率約20%至30%，只能用於瀝青材料或PU跑道，工研院卻高達79%，遠超同類技術水準，也滿足國際輪胎大廠對再生膠粉需大於43%的高相對活性需求標準。除可再製輪胎，未來還可用在隔震綠建材、綠色運動器具材等高值產品上。
高壓水刀切割的機台，也是鄭品聰與團隊從無到有自行設計打造。除了水刀主機，還搭配特殊的輪胎夾製具，可以靈活張開，不需要更換模具，就能適應10至24吋全尺寸輪胎夾持。目前處理一個大卡車輪胎，只需6分鐘，是傳統機械破碎法的十分之一。
水刀處理廢胎 搶攻一年7,000條產線商機
根據研調機構Stratistics報告估計，全球輪胎回收下游產品收入在2024年達45.7億美元，2030年增長至56.9億美元，平均年複合成長率約3.7%，廢胎處理已經是一門「好生意」。其中，高壓水刀處理廢輪胎仍屬新興技術，主要廠商包括義大利的Rubber Jet Valley與匈牙利的Hot & Cold Therm，前者標榜可處理直徑達4公尺的巨型礦用輪胎；後者則標榜在常溫封閉環境下處理，避免高溫與化學汙染，目標都在推動輪胎產業的循環經濟。
奇妙水循環材料科技公司成立後，董事長鄭品聰正著手建立示範產線，不只水刀，還要納入機器人和機械手臂及AI。現行製程一條產線1年可處理4,500噸的卡車級廢輪胎，若以全球每年3,000萬噸廢輪胎計算，有7,000條產線的商機。
鄭品聰表示，未來公司商業模式有兩個方向，一是和輪胎製造商、廢輪胎處理商和輪胎進口商、汽車製造商等業者多方合作，合資、入股或策略聯盟都歡迎，現已和多家輪胎大廠接洽中。二是幫輪胎大廠研究生產配方與代工處理，這項技術生產的膠粉耐磨性特別好，適合重車或比油車更重的電動車，由於輪胎原料比例是各家輪胎大廠機密，未來奇妙水可協助輪胎廠，客製優質再生膠粉製成輪胎。
鄭品聰還有更大的願景，他認為像橡膠這種高分子材料，具高彈性與耐候特性，當面對未來極端氣候或太空環境時，將在人類生活中扮演重要角色，也因此他現在的研究不只可用在橡膠，未來在超新材料和生醫領域也有發揮空間。
今年64歲的他，扛起一個新事業需要不小勇氣，但他有感而發：「人的一生無法預測，但我如果沒有勇敢的踏出第一步，就不會有後面的奇蹟。」當高壓水刀劃過廢棄輪胎的瞬間，黑色橡膠重啟生命循環，這場由水與能量撞擊的革命，正在改寫材料科學與循環經濟的未來。
（本文是由作者工業技術與資訊授權轉載）
