積「針」成「岩」–軟珊瑚也能造出硬岩礁

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

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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文／戴昌鳳｜台灣大學海洋研究所教授

大陸漁船在東沙大量採撈珊瑚、魚貝類和海龜的事件，再度讓珊瑚是否應禁止採捕成為關注焦點；另一方面，臺灣的珊瑚漁業也是眾人關心的議題。這兩件事看起來相似，事實上卻大不相同。前者採撈的是生長在淺海珊瑚，包括造礁珊瑚和紅扇珊瑚；後者則是生長在深海的寶石珊瑚；兩者的物種、價格、生態環境和採撈方法都大不相同。

珊瑚泛指會堆積碳酸鈣骨骼或骨針的刺細胞動物，包括水螅珊瑚、六放珊瑚和八放珊瑚等三大類，其中，水螅珊瑚的珊瑚蟲個體很小，呈細毛狀，觸手不明顯，而且種類較少；六放和八放珊瑚則是珊瑚類的大宗，牠們的珊瑚蟲和觸手都比較明顯，區別在於六放珊瑚的觸手是六的倍數，八放珊瑚則剛好八隻。在地理分布上，兩者從熱帶到寒帶、從淺海到深海都有分布，而以熱帶淺海的種類最多，最密集。當許多珊瑚的鈣質骨骼聚集和膠結在一起，形成堅固的立體結構，可以抵抗波浪，也可以讓許多生物居住或當作避難所，就成為珊瑚礁。 珊瑚礁是海洋中的綠洲，也是生機旺盛的海洋生態系，至少有數萬種生物依賴珊瑚礁生存，因此被認為是全球海洋保育的焦點。

造礁珊瑚多分布於淺海  但深海珊瑚也會造礁

珊瑚礁主要分布在熱帶至亞熱帶淺海；由於造礁珊瑚體內有共生藻，需要充足的陽光來行光合作用，以支持牠們的生長和造礁，因此幾乎都生長在水深 50 公尺以淺的海域。這些造礁珊瑚以六放珊瑚為主，牠們生長快，一年可生長數公分以上；八放珊瑚雖然也是淺海珊瑚礁的主要成員，但只有少數種類具有造礁功能，包括藍珊瑚、笙珊瑚和一些指形軟珊瑚等。

深海珊瑚是指分布在水深 50 公尺以深海底的珊瑚，包含六放和八放珊瑚種類；這些珊瑚體內沒有共生藻，完全仰賴捕食浮游動物或有機顆粒維生；牠們的生長緩慢，通常一年只長 1~2 公釐，因此長期以來被認為不會造礁，無重要生態功能；但是近二十年來，許多先進國家的深海探測都發現這些深海珊瑚可形成大型礁體，構成生物多樣性豐富的深海生態系，而且是許多海洋生物和漁業資源生存繁衍的關鍵棲地。這種深海珊瑚礁在大西洋、太平洋和印度洋都有發現，由於這些生態系普遍受到拖網漁業和環境污染的衝擊，因此受到廣泛重視，目前多處已被劃設為海洋保護區。

寶石珊瑚美麗的代價

深海珊瑚中最受矚目的就是寶石珊瑚。廣義上，任何可被當作珠寶販售的珊瑚，包括黑珊瑚、竹珊瑚，都可算是寶石珊瑚；狹義上則專指八放珊瑚亞綱的紅珊瑚科（Coralliidae）成員，牠們的價值高，也是珊瑚漁業的主要目標物種。紅珊瑚科全球共有 40 餘種，牠們通常生長在水深 100~2000 公尺之間的深海，只有分布在地中海的紅珊瑚（Corallium rubrum）可在水深僅 10 公尺的淺海發現；由於較易採集，早在二千年前就有地中海漁民採集紅珊瑚，當做珠寶販售的紀錄，這就是珊瑚漁業的起源。早期地中海的紅珊瑚經由絲路傳入中國，也經由海上貿易傳入印度和日本。此時期的寶石珊瑚由於產量稀少，而且是舶來品，價格非常昂貴。珊瑚被列為佛教七寶之一，代表佛祖化身；隨著佛教盛行，珊瑚在中國、日本和西藏都被當作寶物，代表財富與身分地位的象徵。

東亞的紅珊瑚採集顯然起步較晚。日本在 1870 年代發現琉球群島海底生產寶石珊瑚，於是發展出「纏繞網」來採撈這些深海紅珊瑚。這種網具使用石塊當作重錘，用來打落珊瑚，然後利用附掛的網子把珊瑚撈上來；當珊瑚漁船到達預定漁場，就放下網具，讓它隨海流漂動而打落、纏繞和採撈附著在海底山表面的珊瑚。這種漁法雖然不像拖網具有強大的破壞力，但是對於生長在底質表面的珊瑚和其他生物來說，仍然會造成嚴重的傷害；更何況這些珊瑚的生長速率緩慢，被開採過的漁場，往往需要很長時間才可復原。也正因為如此，每個新開發的珊瑚漁場都只有短暫的榮景，當產量大幅下降，就必須尋覓開拓新漁場。

日本珊瑚漁船沿著琉球島弧往南開拓漁場，1923 年在臺灣北部彭佳嶼海域發現寶石珊瑚，引進纏繞網採撈珊瑚，也開啟了臺灣的珊瑚漁業。初期以臺灣東北部和北部的海底山為漁場，並以南方澳為主要基地；然而榮景只維持數年，產量就銳減，於是再往南尋找新漁場；1934 年在澎湖海域發現有寶石珊瑚分布，又啟動澎湖南方的珊瑚漁業。

日治時期的臺灣珊瑚漁業，幾乎都掌握在日本人手中。二次大戰後，隨著日人撤離，臺灣珊瑚漁業曾經一度沉寂，其後藉著與日本人合作才逐漸恢復榮景，並且靠著臺灣漁民的勤奮和打拼精神，於 1960 至 70 年代達到生產高峰，珊瑚藝品加工技術也更為精進，建立臺灣為「珊瑚王國」的美譽。此時臺灣珊瑚漁船的採撈海域已經往南拓展到南海的東沙島附近。但是沒多久，珊瑚生產再度面臨困境，於是積極向外尋找拓展漁場的機會。

1980 年代，臺灣珊瑚漁船在夏威夷群島西北方的中途島和天皇海山鏈（Emperor Seamounts）發現豐富的寶石珊瑚資源，吸引大批漁船前往採撈，於是產量大增。根據聯合國世界糧農組織（FAO）的統計資料，臺灣珊瑚漁業在 1984 至 1986 年間的年產量都超過 350 公噸，產量大反而導致價格暴跌，其後隨著資源減少和美國政府的管制措施，產量在 1988 年之後就大幅滑落。其後，臺灣寶石珊瑚年產量大多低於 10 公噸，資源枯竭的警訊早已顯現。

國際上，自 2007 年起，美國和歐盟數度提議將寶石珊瑚列入華盛頓公約（CITES）二級保育物種，但是都被其他國家代表提出質疑，由於缺乏具體基礎資料而未能通過；然而，隨著國際海洋保育意識升高，資料逐漸累積，寶石珊瑚被列為保育物種應是遲早的事。原本我國漁業署也有意藉著珊瑚漁船逐漸汰舊不換新的方式，讓珊瑚漁業逐漸走入歷史。

停止開採 寶石珊瑚才有重新生長的機會

但是在近年兩岸三通之後，由於寶石珊瑚深受中國大陸遊客喜愛而價格飛漲，自 2009 年以來，五年之間就飆漲約十倍。面對龐大的經濟利益和漁民請求，農委會漁業署改採開放登記及嚴審嚴管政策，於 2009 年訂定「漁船兼營珊瑚漁業管理辦法」，規定每艘漁船每年限捕 200 公斤，並限制在臺灣經濟海域內的五處漁區作業，作業時應開啟船位回報器，並填報漁撈日誌。雖然漁業署訂定的年總採撈量為六公噸，但是實際採撈量僅約三公噸；而且所採得的珊瑚中，90% 以上是「蟲枝」，也就是在海底死亡已久，被許多鑽孔生物蛀洞的分枝；其次是枯枝，即死珊瑚分枝；只有不到 2% 屬於活枝。從這些採撈記錄就可看出深海寶石珊瑚資源枯竭的慘狀，已經不是嚴格管理可以挽救，更不用談永續利用。

挽救深海寶石珊瑚資源的唯一途徑，其實就是停止採撈，讓牠們有重新生長和復育的機會；即使如此，恐怕也需數十年或百年以上時間，資源才會有些起色。但是在產業界每年高達百億的經濟利益和上萬從業人員可能失業的壓力之下，漁政官員無人願意承擔停止寶石珊瑚採撈的風險，最終結局可能是產業和資源兩敗俱傷。當海底的寶石珊瑚資源完全枯竭，珊瑚產業又將如何延續？

寶石珊瑚產業的解決方案也許是替代商品。寶石珊瑚的成分說穿了就是碳酸鈣和角質素（或稱珊瑚素），以現代科技生產人造珊瑚，其實並非難事；事實上，現今市場上販售的寶石珊瑚多有贗品，真假已難區分；如果利用工業生產而使寶石珊瑚回歸合理價格，並使深海珊瑚生態獲得生息和復原機會，應該是最佳方案。

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