初探歐盟推動先導工廠之發展概況

導讀
本文在於初步探討先導工廠角色與功能,聚焦歐盟推動先導工廠相關重點措施與趨勢概況,並以歐洲生物基地先導工廠(Bio Base Europe Pilot plant)做為案例研析,了解先導工廠所需資源投入、配套措施、營運特點,供我國推動並且永續經營先導工廠等技術基礎建設之借鏡參考。
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為縮短產品開發時程,強化研發成果商業化發展,各國積極推動各類技術基礎建設(technology infrastructures),當中提供試量產測試功能之先導工廠(pilot plant),作為技術開發和商業應用之間的橋樑(Frishammar, et al.,2015;Hellsmark, et al.,2016),為各國重要推動措施之一(European Commission,2019)。歐盟為提振製造業競爭力,自2009年起透過各類創新政策鼓勵先導工廠相關機能建設,並強化設備共享網絡鏈結;而我國為驅動產業轉型升級,推動「5+2產業創新計畫」,也落實先導工廠相關機能建設,例如在智慧機械方面,於南科高雄園區設立「3D列印醫材智慧製造示範場域」、台中精密機械科技園區設立「智慧製造試營運場域」等試量產線;在生技醫藥方面,於南港國家生技研究園區、竹北生醫園區等產業聚落,建置臨床前及臨床試驗之藥品試製相關服務平台。

面對多元的技術基礎建設發展,本文初步探討先導工廠角色與功能,接著聚焦探討歐盟推動先導工廠相關重點措施與趨勢概況,並以歐洲生物基地先導工廠 做為案例研析,以釐清先導工廠之定位與特色,供我國推動技術基礎建設借鏡參考。

一、先導工廠之角色與功能

關於Pilot plant,其相關同義詞涉及Pilot line、Pilot factory、Pilot and demonstration plant,對應中文稱為先導工廠、中試(中間試驗)工廠、測試/試驗工廠等名稱。其為新技術與新產品開發從實驗室原型(prototype)到全面量產中間過程,進行試量產測試所設置的生產線或廠房,目的在透過少量生產收集產品製程最佳參數條件,並及早發現可能的潛在問題進行修正調整,以降低正式量產時投入大規模的成本,其通常設置在化學、製藥、煉鋼、太陽能、風力等產業。綜整相關文獻,狹義而言,先導工廠是對經過原型測試之新技術與新產品,進行製程放大(scale-up)生產測試;廣義而言,則更涵蓋示範功能(demonstration),側重於技術擴散(Butter, et al.,2015;Frishammar, et al.,2015;Hellsmark, et al.,2016;Tolio, et al.,2019)。

由於難以對先導工廠進行明確的定義,歐盟從先導工廠實際運作中,提出相關重要活動,以有效轉化落實政策措施(European Commission,2015):

  • (一)驗證實驗室環境中的技術(technology)、組成(component)、子系統(subsystem)之研發項目,並轉移(transferability)至測試生產活動層次。
  • (二)建立商業化前測試生產系統,由一個或多個產業運作,包括外部機構的參與,如中小企業和研究組織等。
  • (三)生產首批小型商業化前之產品和原型,供客戶對產品和製造過程進行測試和驗證(包括成本效率)。
  • (四)基於商業化前測試生產,進行產品設計之調整。
  • (五)建立市場關係,向主要客戶介紹新技術開發,為公司全面商業化做準備。
  • (六)開拓內、外部投資者之業務發展。
  • (七)整備全面量產內、外部組織之調整,如生產價值鏈之建構。

關於先導工廠運作類型,Hellsmark等則透過瑞典推動生質能源發展案例,歸納四大類,各有不同角色與功能,依建置規模由小至大排列為:高度關注先導工廠、驗證型先導工廠、部署型先導工廠、永久性測試中心(Hellsmark, et al.,2016)。

圖1 先導工廠重要類型
資料來源:Hellsmark, et al.(2016)

從以上先導工廠的相關重要活動、角色與功能,可以發現先導工廠定位在於協助新技術和新產品越過研發至商業化發展中間過程之死亡之谷(Valley of Death),透過提供試量產相關設備與服務,發揮探索中學習(learning-by-searching)、邊做邊學(learning-by-doing)、邊用邊學(learning-by-using)、互動學習(learning-by-interacting)之效應(Kamp, et al.,2004),以降低技術、組織、市場等風險和不確定性。此外,從創新系統來看,先導工廠非獨立個體,同時涵蓋研發和技術擴散,從技術成熟度(Technology Readiness Level, TRL) 觀點來看,先導工廠的核心功能為TRL5-TRL7,而發揮效應則會上下延伸至TRL3-TRL8,甚至也會影響公眾認知,促動法律、標準、規範等的調整(Butter, et al.,2015;Frishammar, et al.,2015;Hellsmark, et al.,2016)。

二、歐盟推動先導工廠重點措施與發展趨勢

由於先導工廠為高度資本密集,造成民間部門投資的障礙,尤其往往忽略中小企業、新創事業進行試量產的需求。面對這些「市場失靈」的現象,早期政府部門對於先導工廠的建置,卻普遍認為歸屬民間部門的投資責任(European Commission,2015)。自金融海嘯後,全球再度重視製造業發展,各國政府接連透過資金補助、貸款、租稅優惠、創新劵等方式支持進行試量產測試或建置先導工廠相關機能之技術基礎建設(Butter, et al.,2015)。

為提升歐盟產業競爭力,歐盟執委會於2009年提出發展六項關鍵驅動技術(Key Enabling Technologies,KET):先進材料、奈米技術、微電子和奈米電子、工業生物技術、光子和先進製造系統,對於帶動製造業發展、增加就業、經濟成長,甚至解決未來社會問題(如人口老化、能源稀缺等)等有重大影響(European Commission,2009)。歐盟執委會同時將KET列為「歐盟2020策略」(Europe 2020 strategy)關鍵優先推動項目,並且結合區域創新發展之智慧專業化(smart specialization),強化國家或區域產業競爭優勢。2010年歐盟執委會成立KET高階專家小組,表示要成功轉化KET研發能量為具商業化產品和服務,最大困難在於越過中間的「死亡之谷」,將鼓勵推動試量產測試或建置先導工廠,做為鏈結中間發展瓶頸的橋樑 (European Commission,2011)。綜整歐盟推動先導工廠相關機能建設之重點措施,主要是提供資金援助、建構設備共享網絡、人才培育(Butter, et al.,2015;European Commission,2019):

(一)資金援助方面

由於成立先導工廠的核心問題在於高額投資成本(如設備、專業人才等),歐盟主要透過Horizon 2020、歐洲區域發展基金(European Regional Development Fund, ERDF)、歐洲創新與技術學院(European Institute of innovation and technology, EIT)提供資金援助歐盟會員國公、私部門成立先導工廠。以Horizon 2020為例,2014年至2017年共投入2.25億歐元支持24個奈米技術和先進材料相關試量產線計畫(Pilot Line Projects),涵蓋25個國家參與,成立80條以上試量產線,提供中小型企業測試和驗證服務,技術發展範圍為TRL4-TRL7;奠基前期推動基礎,2018年至2020年規劃投入2.4億歐元,進一步打造開放創新測試平台(Open Innovation Test Beds, OITB),支持至少3個歐盟會員國共同合作提案,預計成立20個米技術和先進材料相關的OITB。此外,歐洲投資銀行(European Investment Bank, EIB)透過貸款、貸款擔保、投資等方式進行援助。

(二)設備共享網絡方面

由於中小型企業無法獨自負擔試量產設備,同時欠缺掌握該領域相關技術基礎設施的相關資訊,歐盟透過Horizon 2020、ERDF推動設備共享與資訊網絡之整合。如:成立歐洲試點生產設施網絡(European Network of Pilot Production Facilities, EPPN),並啟動歐盟KET技術中心 (KETs Technology Centers)資訊平臺,提供中小型企業可方便查詢KET技術中心所提供服務,包含概念驗證(實驗室測試)、原型開發和測試、先導測試、產品驗證等。此外,針對生物經濟產業,成立歐洲生物經濟創新資料庫- Pilots4U,其有六大合作夥伴,藉此串聯其設備共享網絡:歐洲生物基地先導工廠(Smart Pilots),芬蘭VTT技術研究中心(歐洲循環森林生物經濟研究基礎設施,ERIFORE),瑞典皇家理工學院(生物燃料研究基礎設施,BRISK),英國斯旺西大學(藻類生物能源合作研究計畫,EnAlgae),比利時根特大學(歐洲生物精煉集群計畫,Biorefine Cluster Europe)和英國國家非糧食作物中心(生物精煉中心聯盟,Bio Pilots UK)。

(三)人才培育方面

由於先導工廠提供試量產服務的核心在於優質人力資本,需要擁有專業技術、管理、組織和行銷能力和相關的教育培訓。歐盟將先導工廠等技術基礎建設做為實務培訓中心(practical training centre),分別透過歐洲社會基金(European Social Fund, ESF)、居禮夫人人才培育計畫(Marie Curie Actions)提供失業、研究人員進行生產技術方面的教育培訓。

為強化推動多重關鍵促成技術(multi-KET)先導工廠之共識,2013年歐盟展開2年先導工廠調查報告,經由訪談相關產學研專家、調查歐盟會員國和中國大陸等21個國家推動實例,發現目前先導工廠發展仍面臨高額融資、市場需求不明確、價值鏈多方合作和跨領域專業人才等門檻。據此,歐盟執委會提出強化創新政策鏈結、增進公私部門資金整合、擴大創新生態系統、支持設備共享、改善人才培育等五大建議方向,供歐盟、國家、區域三大層級後續推動參考。當中,在歐盟層次方面,規劃建立歐盟任務小組聚焦試量產整合歐盟、國家、區域創新政策;開發投資者投入試量產之風險效益分析工具;支持試量產長期策略網絡;擴大居禮夫人人才培育計畫研究人員參與試量產相關活動等(Butter, et al.,2015)。

三、案例:歐洲生物基地先導工廠

歐洲生物基地先導工廠(Bio Base Europe Pilot Plant,以下簡稱BBEPP),為歐盟推動先導工廠的代表案例之一(Butter, et al.,2015)。其位於比利時根特市,為非營利組織,成立目的在於提供生物質轉化為生物化學製品、生物材料、生物燃料和其他生物製品,縮短科學可行性和產業應用之間的距離。

BBEPP成立源自2008年,由根特生物谷聯盟(Ghent Bio-Energy Valley)和特諾森生物園區(Bio Park Terneuzen)發起,獲得歐盟第四期跨區域合作計畫(Interreg)-歐洲生物基地計畫(Bio Base Europe),計畫資金為2,100萬歐元,為目前荷蘭-佛蘭德邊境地區最大的歐盟跨區域合作計畫。歐洲生物基地計畫下有兩項重點工作,第一即在根特市成立BBEPP(投資1,300萬歐元),第二則是於荷蘭特諾森成立歐洲生物基地培訓中心(Bio Base Europe Training Center)(投資800萬歐元)(Essenscia,2009)。

BBEPP成立資金,除了歐盟跨區域合作計畫,還來自比利時東法蘭德省和根特市政府;營運經費方面,一半為參與歐盟和國家計畫獲得補助,如Horizon 2020下SMARTBOX計畫,BBEPP為主要推動者促進八個歐洲國家共11個單位共同開發將生物質轉化為增值生物芳香劑(BBEPP官網);另一半則是提供測試相關服務進行收費(Butter, et al.,2015)。BBEPP服務項目有:製程開發(如概念設計、發酵條件優化、下游製程開發和優化等)、製程放大(從10L到15,000L用於發酵和下游處理、生成用於應用測試的樣品等)、客製化製造,涵蓋TRL4到TRL8用於工業生物技術之過程。BBEPP同時有參與歐洲創新劵計畫,提供新創企業1~3萬歐元創新券,可於BBEPP進行測試服務(Butter, et al.,2015)。關於BBEPP運作成果,已提供超過755家中小企業受益於其技術解決方案,協助16家公司建造試量產線,總投資達7,100萬歐元(Vanlerberghe,2018a)。此外,從2013年至2015年,與71個涵蓋大中小型企業進行129個雙邊合作計畫(BBEPP官網);BBEPP進而帶動高端就業機會和在地經濟發展,深根比利時法蘭德省成為歐洲生物能源最大產業群聚之一(Debbie O'Byrn,2019)。

綜整BBEPP營運有五大特點,第一,提供一站式測試服務:BBEPP測試範圍從生物質原料到最終精製產品,結合生物質預處理,生物催化,綠色化學,發酵,生物精製和下游純化等技術。第二,整合歐盟創新計畫:在智慧專業化策略下,歐盟推動通往卓越階梯計畫(Stairway to excellence, S2E),促進ESIF、Horizon 2020和其他歐盟資助計劃之間的協同。BBEPP根據卓越階梯計畫之指南,執行歐洲結構與投資資金(European Structural and Investment Funds,ESIF) (interreg & ERDF)、Horizon 2020、區域和私人計畫。第三,厚實創新合作網絡:BBEPP奠基於根特生物谷聯盟,串聯在地產官學研,如根特大學、根特市、根特港、東佛蘭德省發展局、相關業者,同時透過歐盟相關創新計畫的參與拓展合作網絡,如BBEPP參與Smart Pilots、Pilots4U生物經濟創新資料庫等進行設備共享。第四,提供客戶保密措施:根據歐盟調查報告,歐盟企業不願意共同合作進行試量產活動,主要的原因在於擔心智財權之核心競爭力流失的風險,BBEPP以完全保密的方式,向客戶提供製程開發、製程放大、客製化製造等服務,這也為先導工廠提供試量產服務關鍵,尤其BBEPP沒有業界股東,具有獨立性。第五,優質人力資本:BBEPP擁有訓練有素、經驗豐富的工程師和製程操作員,具工業生物技術領域高度專業,進行實驗室和先導測試規模的模組化裝置操作。以上營運特點,使BBEPP贏得業界的信賴。 (Butter, et al.,2015;Vanlerberghe, 2018a;Vanlerberghe, 2018b)。

四、結論

面對新興科技快速發展,推動新技術和新產品加速並成功越過研發至商業化發展中間過程之死亡之谷,為各國提升產業競爭力的關鍵。先導工廠核心機能即提供試量產測試,協助新技術和新產品越過死亡之谷,並且在創新發展階段中,向前發揮引導或修正科學基礎或應用研究,向後則推進商業化或帶動價值鏈創新發展之效應。由於新技術與新產品之試量產測試,對於測試相關技術、設備、人才等皆有一定的要求,為建置先導工廠相關機能的挑戰,尤其新興科技結合跨領域發展愈加緊密,更加深營運成本、風險和價值鏈多方參與的複雜度。從歐盟推動先導工廠的發展經驗,可以發現其為提振製造業競爭力,鎖定推動先進材料、奈米技術等六項關鍵驅動技術,甚至跨領域結合多重關鍵促成技術,透過資金援助、建構設備共享網絡、人才培育之重點措施,建置先導工廠相關機能。後續更進一步強化創新資源整合、跨國共同合作、鼓勵研究人員參與試量產測試活動等,突破先導工廠高成本和高風險發展瓶頸。當中,BBEPP營運提供一站式測試服務、整合歐盟創新計畫、厚實創新合作網絡、提供客戶保密措施、優質人力資本,獲得業界肯定,做為歐盟推動先導工廠的代表案例。以上從歐盟推動策略和BBEPP營運關鍵成功因素,重點在於促成公、私部門協同合作,完善先導工廠所需資金、設備、人才等創新資源的投入,同時建構設備共享創新合作網絡、重視保護客戶智慧財產權、測試操作專業人才培訓等配套措施。此外,BBEPP營運資金非每年固定從政府獲得資金補助,透過參與歐盟或國家推動產業、區域創新相關計畫獲得補助,另一方面,向外界提供測試相關服務進行收費,藉此持續擴大合作網絡、精進服務機能,以上先導工廠所需資源投入、配套措施、營運特點,值得我國推動並且永續經營先導工廠等技術基礎建設之借鏡參考。

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