受保護的內容: 火力發電的廢氣如何處理？一套不夠裝兩套就好了嗎？——乾淨的煤？(三)燃燒後處理篇

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到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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本文由 諾康生醫 委託，泛科學企劃執行。

環境中的負離子是怎麼來的？

在大自然環境中，走到森林裡就能感受到被芬多精的沐浴淨化，走到瀑布附近就能感受到空氣特別清新。科學家經過仔細計算，發現在不同的空間裡，每立方公分的空氣中的負離子含量都不同：（由高至低排序為）

1. 天然森林與大瀑布區 約 50,000 ions/cc
2. 高山及海邊 約 5,000 ions/cc
3. 郊外與田野 約 700~1,500 ions/cc
4. 都市公園 約 400~600 ions/cc
5. 街道綠化區 約 100~200 ions/cc
6. 都市住宅區 約 40~80 ions/cc 

※ions/cc 是負離子濃度的單位，指每 1cc 的空氣中含多少個負離子。

但是，這些負離子是怎麼來的呢？以瀑布為例，大量的瀑布水從高處落到低處，擊打到瀑潭周圍的岩石會激起大量的霧狀水花，這些落下飛散的水花（水粒子）與周圍空氣摩擦發生「電荷分離現象」就可能產生大量的負離子。而水分子正是大自然環境中最容易離子化的的分子之一。

這些飄散在空氣中的負離子會吸納空氣中的塵埃、惡臭等細小汙染物，隨後附著到樹木、岩石或溶入到水中，達到淨化空氣的作用，這種大自然的自淨作用又稱為「萊納德效用」。除此之外，在雷雨時大氣分子也會發生「電荷分離現象」，進而產生負離子。

「氫氧負離子」超強淨化力

在我們所處的環境中，空氣充斥著各種細小塵埃、細菌、病毒、黴菌、揮發性有機化合物、花粉、香菸臭味……等，被人體吸入將造成健康損害。

而氫氧負離子能夠淨化各項空汙因子，如香菸臭味、甲硫醇、甲醛等臭氣分子，就連蟎蟲、花粉等等過敏源都能吸附帶走，使得我們呼吸空氣的範圍是清新無害的。就連禽流感病毒、新型流感病毒，黴菌、大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌……等，碰觸到氫氧負離子也會因其氧化並改變結構、進而喪失活性。

若能將「氫氧負離子」帶著走，豈不是很棒的一件事嗎？

除了大自然環境中的負離子之外，市面上也越來越多負離子式空氣清淨機與其他相關功能產品！但是空氣清淨機只能在一定範圍內（空間）使用，若能把「氫氧負離子」裝瓶隨身帶著走，那是不是更便利使用呢？現在科技技術只要將水分子進行電解，就可以辦到！

諾康生醫透過獨家專利技術，將水分子經過專利電解技術，將水分子的其中一個氫鍵切斷，形成獨立的氫氧負離子水溶液；最終製成擁有 192 億兆個氫氧負離子（544ppm）的電解納米離子水。

製造過程中，全程透過物理方法，無須額外添加、不產生化學廢物，不僅對人體友善也做到環境友善。經醫學大學新興病毒感染中心證明，能有效阻擋 AB 型流感、腸病毒、克沙奇病毒。此外，就連大腸桿菌、沙門氏菌，甚至是新冠病毒 Delta 變異株也能抑制！將氫氧負離子裝進你手裡，隨時享受瀑布般的潔淨力！

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參考資料

1. 負離子的原理及應用|讀專文
2. 淺談負離子
3. 負離子商品後市場管理 > 常見問題
4. 行走就能享受芳療！來國家森林遊樂區做森林療癒SPA
5. 研究：國家森林遊樂區負離子濃度比都市高三倍，芬多精殺菌抗發炎焦慮
6. 空氣清淨機技術揭密6 ! 負離子真的這麼神？迷思大解析！

編按：現在的生活瞬息萬變，在未來的世代，可能會出現許多你想都沒想過的職業。讓我們與孩子一起發揮想像力，你覺得未來會有什麼樣的職業出現呢？

空氣清潔師：過濾髒空氣就是我的工作！

警報聲響起了，埃米爾馬上換服裝、戴手套、繫好安全帽，登上漂浮滑板，和其他空氣清潔師一起出發。他的工作是利用太陽能吸塵器吸取空氣汙染物，並將這些汙染物經由一條碳管打到地心。

埃米爾一直在新德里的摩天大廈區徘徊，終於要降落地面了，他穿過宛如棉花糖的厚雲層，身旁還有一群正在飛翔的鳥。突然，他好像撞到什麼東西了！

「怎麼會這樣？吸塵器吸入一隻燕子！」埃米爾大叫，連忙確認吸塵器的吸嘴，再確認碳管，可是全部空無一物。

「定位可疑的吸入物。」埃米爾呼叫語音助理，那是他的安全帽所搭載的先進系統。

「吸入物正要抵達大陸，過濾後可以刺激溫室作物生長。多餘的氣體會排入底土，永遠埋在地底，長期下來會轉為岩石。」語音助理回答。

他的面罩顯示互動式地圖，指出那隻燕子的所在位置，距離溫室不遠。「糟了！牠不應該被排進地底！」埃米爾大喊，全速朝著溫室飛去。

埃米爾隨即趕到巨大的玻璃屋，卻頓時沉浸在綠色叢林裡……他沒想到竟然有這麼多植物。他在地上發現彩色羽毛，跟著掉落在樹葉堆的羽毛走去，看見一隻燕子棲息在樹枝上，神情有點呆滯，正在和其他燕子開心聊著天。

「哇，看來還有其他空氣清潔師的吸塵器被燕子闖入！」埃米爾鬆了一口氣，把這些燕子從溫室的天窗放出去。「真沒想到今天會這麼刺激呀！」

小心這些物質！

汙染物在空氣中的濃度可能比正常狀態高，對環境十分不利，下列是大家最熟知的汙染物：

• 懸浮微粒
• 重金屬
• 臭氧
• 二氧化氮
• 苯

汙染從何而來？

空氣汙染主要是人類造成的，但也可能是自然現象。

最近幾十年，人類試圖減少排放汙染，某些歐洲國家大幅降低了部分汙染物在空氣中的濃度，甚至少了一半！但我們還不夠努力，每年仍有無數人因空氣汙染而死亡及生病，目前的數據資料顯示，我們還可以做得更好。

我們可以怎麼做？

減少大氣汙染物絕對是具體可行的目標，雖然要調整生活習慣，但好處多多，對每個人的影響都很深遠。下列有四種有效的解決方法：

• 投資再生能源，例如太陽能和風力
• 少開車，多搭乘公車、捷運等大眾運輸，腳踏車也是不錯的選擇
• 減少農業和工業的廢棄物
• 防止野火

空氣清潔師要有的能力：

○ 解決問題的能力

○ 對環境有興趣

○ 熱愛飆速

○ 不怕暈

○ 熱愛飛行

○ 喜歡乾淨

——本文摘自《拯救地球的工作者》，2022 年 10 月，和平國際出版，未經同意請勿轉載。