褐碳？黑碳？印度火葬儀式對懸浮微粒的影響

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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本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文／陳儀珈
• 責任編輯／簡克志
• 美術設計／蔡宛潔

你以為的大氣，不是真實的大氣！

大氣邊界層是人類的生活範圍，也是大部分空氣污染物存在的地方。然而，傳統氣象學模擬的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情況，因此真實的空氣污染現象和理論的模擬預測間往往存在顯著的差異，導致污染防制策略缺乏精確的指引。

中央研究院「研之有物」專訪院內環境變遷研究中心研究員兼空氣品質專題中心執行長周崇光，他是建立空品專題中心的主要推手，研究團隊從大氣結構出發，試圖改善臺灣空氣品質的診斷及預報，這項計畫集結了來自民生公共物聯網、國家高速網路與計算中心、環境保護署等跨部門的資源，以下讓我們一起看周崇光怎麼說。

根據國際貨幣基金組織（IMF） 2021 年的報告，臺灣位列全球第 22 大經濟體，這個只有 3.6 萬平方公里的小小島國，一年內卻可以創造出高達 7,855.89 億美元的市場價值。

在美國國家航空暨太空總署（NASA）公布的地球夜景照中，我們彷彿可以看見，高樓一棟棟升起、工廠一座座建成、百貨一間間林立，在又長又窄的西半邊，從北到南形成臺北、臺中和高雄三大都會區。

西部臨海，東部靠山，這個寬度可能不到 100 公里的窄長地區，不僅聚集了臺灣 2,300 萬人的極大多數人口，凝聚出商業與工業的巨大產能，更集結了大量、複雜的「空氣污染物」。中研院「研之有物」專訪周崇光研究員，請他從空氣品質與都市氣象學的角度，細細剖析空污議題在這座海島上的獨特之處。

臺灣雖然小，但空汙問題好複雜！

臺灣國土面積僅有 3.6 萬平方公里，以大氣尺度來看非常的小，然而，我們在空氣污染面臨的挑戰卻異常艱鉅。

臺灣不僅處於許多境外污染源的下風處，接受來自各方的空氣污染物，各大都會區也因為地形的關係吃足了苦頭，整個中西部更是在窄長的地域中，面臨來自山、海的多重影響。

以下圖的臺中都會區為例，臺中位處於中央山脈西側的中央，本身是一個有數個開口的盆地，被多重大氣動力機制所影響，包含季風、海陸風、山谷風以及熱島環流，形成極度複雜的區域環流。

盆地內的空氣污染物原本就不容易擴散，再加上複雜的大氣環流和大氣化學反應，讓臺中的空氣品質狀況非常、非常的複雜，無法使用現有的大氣理論進行簡單的描述，使得大氣科學家極為不易於觀測和研究臺中的空污情形。

「這裡就像是巫婆煉湯一樣。」周崇光這麼說。

臺灣在東北風的影響下，不適合傳統的高煙囪理論

周崇光笑著說，到處觀察「煙囪」是他的職業病。

大陸環境的大氣結構相對簡單，自歐洲工業革命開始，傳統大氣科學的理論都告訴人們：越高、風越大，只要把煙囪建得高高的，就可讓風把污染物吹散、吹到很遠的地方。

「到了大陸國家，你會發現他們煙囪排出來的煙，經常是非常穩定的水平煙流，可以飄得很遠，這種煙流挾帶著空氣污染物飛到 10 幾公里外都不是問題！」，然而反觀臺灣的煙囪，卻很少出現這樣的水平煙流。

根據中研院空品專題中心對火力發電廠的煙流觀測資料，如果臺灣的煙囪蓋得跟大陸國家一樣高，有時候反而容易造成空氣污染物的累積。

從上圖可知，當臺灣處在微弱東北風的大氣環境之中，西部沿海風速最快的大氣區域（藍底），大約落在 200～400 公尺高之間，此區的風速大約為 5～6 公尺/秒左右，以東北風為主，是空氣污染物的「最佳擴散區」。

若是再往上，到了 450～800 公尺左右，風速驟然下降（橘底），僅有 0.5～3 公尺/秒。這個區域的大氣就像是被下層的東北風與上層的南風「夾擊」一樣，在兩個不同方向的風的對切之下，形成一個風速很低的「污染累積區」。

因此，若臺灣真的按照傳統的大氣理論建造高煙囪時，反而會讓煙囪的高溫煙流進入污染累積區；換個做法，如果煙囪低一點，才可以被強風吹散。

不過周崇光話鋒一轉：低煙囪設計要相當謹慎，也很難推行。高溫煙流排出去會有很明顯的白煙（水蒸氣凝結），一般人都不喜歡看到白煙離居住地太近，因此實務上還會特別做加熱設計，讓煙流先往上浮，再擴散，等於加高了煙囪的高度，這在工程上稱為「有效煙囪高度」。降低煙囪高度除了有視覺污染的問題，污染排放點離民眾越近，當工廠發生緊急異常排放時，異常事件的衝擊風險也會越大。

和傳統理論不一樣？那就做出臺灣自己的資料吧！

這麼經典的高煙囪理論，為什麼不能用在臺灣？

周崇光表示，大氣科學的理論大都源自於美國、歐洲，使得傳統大氣理論都更適用於大陸環境之下，因此難以直接應用於臺灣地狹人稠的海島結構，而中研院空品專題中心的目標之一，就是發展出屬於臺灣的「空污氣象學」。

周崇光提到：「臺灣跟大陸國家的空間條件實在差太多，所以我們必須要更精確知道，臺灣空氣污染物的高度分布到底長什麼樣子，才能更有效的管制並改善空品狀況。」

既然臺灣無法參考大陸型國家的大氣狀況，那麼小一點的、近一點的國家呢？韓國、日本的有沒有參考的價值？

周崇光笑著說，「你知道嗎？臺中盆地也才 10 幾公里，但是外圍的中央山脈高達 3,000 公尺以上！」就算是韓國、日本，它們的地理空間也比臺灣大多了，而且地形也沒有這麼複雜。

當這麼多的工廠、車輛都擠在這小小的區域，究竟會對臺灣的空氣品質造成多嚴重的後果？某種程度來說，這也許是個細思極恐的問題呀。

因此，為了國內空污氣象學的發展，搞懂臺灣的大氣邊界層（Atmospheric boundary layer）是刻不容緩的工作。

大氣邊界層除了是人類的生活範圍，也是大部分的空氣污染物存在的地方，又被稱為行星邊界層（Planetary boundary layer）。在氣象學中，大氣邊界層指的是「直接受到地表作用影響」的大氣，高度從地表一直到數百至數千公尺不等，是大氣層中最靠近地球表面的部分。

然而，傳統氣象學所模擬出來的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情形，因此，大氣科學家必須釐清大氣邊界層的氣象參數、動力機制，未來才能夠更精準的找到影響都市氣象以及空氣品質的關鍵因子。

但周崇光也感慨的說，「坦白講，目前臺灣還沒有辦法很『系統化』的改善邊界層的模擬條件，但我們仍然不斷的在努力，透過很多很多的調查、研究、模擬參數，漸漸地發展出半經驗、半理論的結構，最終的目標是歸納成一個系統性的成果，作為臺灣空污氣象學最扎實的理論基礎。」

從大規模的調查研究、積極補足知識的缺口、重新建立理論模型，到回頭檢視國家的空污防制策略，大氣科學家必須腳踏實地的、一步一步的，藉由大氣科學研究的力量，才能讓空氣品質管制更上一層樓。面對迫切的空氣污染防制議題、空污氣象學理論的不足，「空氣品質專題中心」也應運而生。

中研院在「大氣物理與化學」的研究群早已相當成熟，有著極為厚實的研究經驗和基礎，然而為了讓研究目標更明確、進一步聚集研究能量並進行跨部門的合作，中研院以提出空污議題的科學解釋與建議對策為目標， 2021 年 1 月在環境變遷研究中心之下成立空氣品質專題中心，成為全國規模最大的空氣品質專業研究機構。

除了宣示中研院對空污議題的重視之外，如此一來，研究預算的匡列、人力的評估，都有更紮實、更有架構的基礎。擺脫以往研究員們「自動自發」的空品研究，在中心的管理之下，空污的學術研究更能夠產生聚焦效果。

更精確的空氣品質預報

如果大家點入行政院環保署的空氣品質監測網，可以發現，目前來自中央監測的空氣品質預報的解析度並不高，由於空品狀況站數僅有 85 站，只能以「北部」、「竹苗」、「宜蘭」、「花東」、「中部」、「雲嘉南」、「高屏」等大範圍空品區進行未來三日的預報，尚無法以「縣市」或更小的區域為單位提供精準的預報。

因此，為了提供更先進的空氣品質預報，致力掌握國內 PM_2.5 及 O₃ 等空氣污染物濃度變化情形的「高解析度空氣品質診斷與預報模式發展計畫」，是空品專題中心相當關鍵的研究計畫之一，此計畫是行政院前瞻基礎建設中「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」的一個分支，集結了中研院、國家高速網路與計算中心、環保署等跨部門資源。

該計畫預計發展一套 1 km*1 km 高解析度的 72 小時空氣品質預報模式，並描繪空氣污染物的 3D 空間分布，預期能夠對臺灣地區 PM_2.5 及 O₃ 生成與傳輸過程進行更精確的模擬，進而應用於空氣污染事件的預報和成因診斷。

周崇光將這個計畫比喻為一個「神經系統」，由環保署統合高達 10,000 個感測器，就像是神經系統中的神經元，負責感知大氣環境中的變化，並透過民生公共物聯網提供的神經網路，將資訊傳輸至國家高速網路中心的超級電腦，而超級電腦就像是大腦一樣，提供強大的運算力，使得空污模式得以統合氣象條件、污染物排放量、以及感測器提供的環境變化狀況，計算和預報未來幾天空氣品質的可能變化。

雖然感測器來源不一，不同層級的靈敏度也有所落差，但隨著近年技術的進步和突破，微型感測器對 PM_2.5 的監測資料已經具有足供參考的準確度，目前各縣市大約都有 100 個以上的微型感測器，環保署已經在全臺灣佈建了約 10,000 個感測器，透過高密度的監測數據進行資料分析，有效掌握全臺各地的空品狀態。

此外，此研究計畫也希望藉由感測器的大量需求，協助推動臺灣感測器的產業，與經濟部、工研院合作推動感測器的國產化。目前工研院的技術已經技轉給國內廠商，國產感測器在環保署監測網的佔有率已達將近 3 成，未來會持續輔導相關廠商。

研究計畫一邊發展預報系統，也一邊透過微型感測器資料即時驗證預報的成效。就像是如果寫考卷時，我們可以一填答就馬上得知正確答案時，就可以隨時檢討自己的計算流程到底哪裡出了問題，不斷修正，找出最正確的解方。

同理，拜微型感測器遍布全臺之賜，大氣科學家逐漸能夠快速驗證空氣品質預報的模擬結果，有朝一日，國內空污的物理化學機制以及關鍵污染源，將不再是讓人頭痛的黑盒子。目前由於 PM_2.5 的感測器已相對成熟且數量足夠，因此中研院空品專題中心已成功驗證 3 km*3 km 解析度之 PM_2.5 預報資料，最終目標是精確到 1 km*1 km。

如何讓空氣品質變好，又不影響現有的生活？

在中研院環變中心周崇光研究員帶領下的空品專題中心，其中一個核心精神，就是要對社會關鍵議題有貢獻。

專注發表學術論文是科學研究的本質，也是科學進步的動力，不過進行社會議題相關的科學研究通常會更辛苦，往往會花費極大的心力與時間。

做空氣污染防制就像是「精準醫療」的概念一樣，如何讓藥物只攻擊癌細胞而不對身體的其他地方造成太大的副作用？經過科學研究的探索後，如何讓臺灣的空氣品質更好而不衝擊社會文化和經濟？

空污管制並非是一味阻擋臺灣經濟和工業發展，空品專題中心希望可以藉由科學的力量，更精準、更沒有副作用的改善臺灣空氣品質。

除了大氣科學理論和空氣污染排放清單有所不足之外，像是能源政策、交通規劃、國土計畫都需要重頭思考。周崇光說：「一路研究下去，我們開始疑惑，當初為什麼我們都傻傻的，把這麼多的大型污染源擺在海邊，讓海風把污染物往內陸帶？為什麼臺灣的國土利用那麼集中？」這一些命題，都是一環扣一環。

最後周崇光強調，「空氣品質絕對是應用導向的研究，因此，我們除了做科學，也要讓這些研究結果有願景、有視野，讓臺灣變得更好。」

塑膠的發明給現代人們的生活帶來極大的發展與便利，但隨著塑膠製品的大量使用，塑膠微粒 (Microplastics，簡稱 MPs) 也開始充斥、侵入我們生活的環境。

無論是食物還是大氣，人們都已經檢測到塑膠微粒的存在，其中，世界自然基金會（World Wide Fund for Nature，簡稱為 WWF） 2019 年的研究也顯示：

現代人平均一周會從食物、飲水中攝取到約一張信用卡量 （約 5 公克）的塑膠微粒¹。

雖然我們尚且無法確定塑膠微粒對人體到底會產生什麼影響，目前並沒有太多研究成功回答這疑惑，不過，近日科學家發表了一個讓人擔憂不已的研究結果，或許可以加快這方面的研究腳步。

這是一個來自義大利的研究團隊，近期在 Environmental International 發表了一項驚人的研究——塑膠微粒竟然出現在人類的胎盤裡面²！

為何在胎盤發現塑膠微粒這麼令人擔憂？

塑膠微粒目前雖未有明確的科學定義，不過各界普遍認為塑膠微粒是「直徑或長度少於 5 毫米 (5 mm) 的塊狀、細絲或球體的塑膠碎片」。

隨著化學工業技術的茁壯，輕巧便利的塑膠製品逐漸成為人類生活的一部分，同時塑膠微粒也已遍布我們身處的環境之中，此時，當學界研究證實「塑膠微粒已經出現在人體的器官與組織中」³時，大家應該都不覺得意外了吧。

然而，雖然人類會從環境中攝取塑膠微粒到體內不是什麼新鮮事，也尚未有更多證據顯示塑膠微粒對人體有害，但這次研究竟發現塑膠微粒出現在懷孕婦女體內的胎盤中，如此一來，情況可就不一樣了。

為什麼胎盤出現塑膠微粒值得大家警戒呢？

胎盤，是人類在妊娠期間，由胚胎和母體子宮內膜聯合長成的暫時性器官，負責協助母、子之間物質的交換。

當胎兒在子宮內發育時，需依靠胎盤才能從母體取得養分，同時也需要透過胎盤排出廢物給母體，運輸過程中，胎盤也會幫助過濾母體血液中對胎兒有害的一部分物質^註1，並讓養分、抗體和氧氣通過。

除了物質交換外，胎盤也會分泌一些激素來穩定母體的懷孕狀態與胎兒的生長，例如，胎盤會分泌黃體素來協助穩定母體的姙娠狀態，也會分泌人胎盤促乳素 (Human placental lactogen，hPL) 來促使胎兒成長與母體乳腺的發育。

由此不難看出，胎盤對於胎兒的發育是至關重要的器官，所以，當發現胎盤內出現塑膠微粒時，我們不得不考慮到塑膠微粒對胎兒的未知潛在風險，並對此感到相當擔憂！

塑膠微粒這麼小，很可能會穿過胎盤！

義大利研究團隊將六名健康產婦所捐贈的胎盤先以無塑膠程序^註2保存起來，並從胎盤的三個部分——近母體側、近胎兒側還有羊膜絨毛層分別取樣，接著將這些樣本以強鹼分解並進行分析。

他們從樣本中發現 12 個直徑在 5-10 微米 (μm) 的彩色塑膠微粒，在 6 位產婦的胎盤中，有其中 4 個胎盤的樣本出現了塑膠微粒。

這 12 個塑膠微粒分布的位置如下：

• 有 5 個在胎盤的近胎兒側
• 有 4 個在近母體側
• 有 3 個則在羊膜絨毛層

看到這裡也許你心想，咦，才 12 個塑膠微粒？這麼少的塑膠微粒有什麼好擔心的呢？

雖然檢測後只發現 12 個塑膠微粒，但你必須知道：研究團隊只取整個胎盤的 3% 做檢測！如果研究團隊檢測整個胎盤的話，發現的塑膠微粒數量恐怕很驚人。

此外，胎盤中找到的塑膠微粒直徑非常非常小，僅有 5-10 微米，這麼小的塑膠微粒很容易在血液中流動並跑到人體中的各個器官，也就是說，很有可能會穿過胎盤並影響新生兒！

研究團隊還不確定這麼小的塑膠微粒是怎麼進入母體血液中，可能先是經由呼吸或腸胃消化系統進入到母體血液，再從母體血液進入胎盤。

塑膠微粒會影響胎兒健康嗎？

必續再次重申的是，無論是塑膠微粒對於人體健康的影響，還是塑膠微粒在食品和飲用水中是否有毒性，都沒有足夠和確切的證據與研究。

英國南安普頓大學的哈德森 (Malcolm Hudson) 助理教授也曾表示，人們吃下的塑膠微粒大部分都能排出體外，倒不至於傷害人體。

但我們不能忽略的是，部分「塑膠添加劑」確實會對人體造成影響，如環境賀爾蒙「雙酚 A 」的攝入，對於人體的生殖、免疫、神經和心血管系統等各方面都有著健康的潛在風險。

因此，此研究團隊的主持人表示：

有鑑於胎盤是支持胎兒生長與過濾外來物質的重要角色，當我們發現塑膠微粒這種會造成潛在危害的物質出現在胎盤時，我們就必須投入更多心力，來了解塑膠微粒對人體的影響了。

當然，我們也需要更多深入研究，了解胎盤中的塑膠微粒會不會引起胎盤的免疫反應，還有塑膠微粒到底會不會進入胎兒體內，進而傷害胎兒。

幸運的是，捐獻胎盤給這篇研究的 6 位母親在懷孕期間都很正常，產下的新生兒也都相當健康。

事實上，除了塑膠微粒之外，2019 年來科學家也在胎盤中發現了母親吸入的空汙微粒。

比利時哈瑟爾特大學的研究團隊發現「母體吸入的空污微粒可以穿透胎盤」⁴，在每個受試者的胎盤中，他們都能觀察到每立方公釐出現了數千個微粒！雖然這個發現讓人震驚，並發表於 Nature Communications ，但同樣的，我們還需要更多深入的研究，才能了解空汙粒子對於胎兒健康的影響。

隨著越來越多的研究顯示空汙粒子、塑膠微粒等物質會出現在胎盤，各界專家也紛紛針對此類研究表態，認為人們應該意識到後續所帶來的潛在危機，並加速整合各方面的研究，以確保胎兒的發育不會發生問題。

註解

1. 胎盤無法阻擋所有有害物質，例如酒精、某些病毒（德國麻疹、茲卡病毒等）。
2. 從胎盤的取下、運送、保存到實驗整個過程，該團隊都沒有讓胎盤接觸到塑膠製品。

參考資料

1. WWF : “Revealed : plastic ingestion by people could be equating to a credit card a week“
2. Ragusa, A., Svelato, A., Santacroce, C., Catalano, P., Notarstefano, V., Carnevali, O., … & Giorgini, E. (2020). Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta. Environment International, 146, 106274.
3. Bouwmeester, H., Hollman, P. C., & Peters, R. J. (2015). Potential health impact of environmentally released micro-and nanoplastics in the human food production chain: experiences from nanotoxicology. Environmental science & technology, 49(15), 8932-8947.
4. Bové, H., Bongaerts, E., Slenders, E., Bijnens, E. M., Saenen, N. D., Gyselaers, W., … & Nawrot, T. S. (2019). Ambient black carbon particles reach the fetal side of human placenta. Nature communications, 10(1), 1-7.

文 / 陳妤寧

亞洲的空氣污染問題令人頭痛多時，據印度《浦那鏡報》（Pune Mirror）報導，印度各城市的黑碳懸浮微粒排放量在這五年來已經升高到 10 ~ 37% 之間不等；《印度時報》（The Hindu）的報導則指出新德里罹患呼吸系統疾病的兒童和嬰兒不斷增加。

美國內華達州的沙漠研究所（Desert Research Institute，DRI），將亞洲空氣污染的研究矛頭指向了當地印度教的戶外火葬儀式。來自印度東北方的恰克拉巴提教授（ Rajan K. Chakrabarty），特別到印度中部的恰蒂斯加爾邦（Chhattisgarh）七個火葬場以篩網取樣，分析燃燒形成的化合物成分，研究這項南亞特產的污染源和西方實驗室所研究的懸浮微粒成分有何不同。

前情提要：「黑碳懸浮微粒」是什麼？

因煤炭、木材及牛糞等燃料的不完全燃燒而釋放的黑碳懸浮微粒不但有害人體健康，還會吸收太陽輻射能，使得大氣層中的溫度上升，產生我們所熟知的溫室效應。在眾多溫室氣體之中，黑碳懸浮微粒正是僅次於二氧化碳之後最具威力的角色之一。

亞洲焚燒大量煤炭、木材、農作物的殘枝與稻糠，黑碳微粒沈積導致冰河吸收了更多的太陽輻射，大氣中的黑碳微粒也形成暖化效果，使得喜瑪拉雅山的冰川加速融化。

此外，過高濃度的碳微粒，因為在空中吸收的水氣不足，不易凝結成雨滴，反而形成在空中長時間停留的「褐雲」霾害。當地的降雨量、能見度、乃至於作物產量都會受到影響。

研究結果：不是黑碳，是「褐碳」？

過去的研究一向認定化石燃料和生質燃料產生的黑碳懸浮微粒是南亞懸浮微粒的主要來源，但恰克拉巴提的研究結果卻出人意料。火葬場的取樣篩網皆明顯呈現黃褐色，這種「褐碳」屬於另一類型的懸浮微粒，同樣會吸收太陽輻射能，但強度略遜黑碳一籌。

在印度和尼泊爾，每年有七百萬以上的往生者需要火化為安，當地印度教的戶外火葬儀式每次需搭起約 550 公斤的木柴堆，混合牛糞、樟腦、芒果樹皮，燃燒四到六個小時。這些柴堆每年大約會消耗 5000 萬到 6000 萬棵樹。

研究人員估計經火葬所排放的懸浮微粒，相當於每年化石燃料和生質燃料的懸浮微粒排放量的 23% 和 10%，也是家戶日常活動排放的 53 倍。雖然以全球的規模來看，火葬排放的懸浮微粒占比並不高，但以往在西方國家實驗室主導的氣候研究中，黑碳是模型中常定義的懸浮微粒來源，褐碳做為溫室氣體的效果卻很少受到注意。除了吸收太陽輻射的強度有異，褐碳對於氣候暖化可能有更複雜的冷暖雙向調節作用，有必要納入現有的暖化研究模型中重新估算。

堅持環保 v.s. 尊重文化

火葬儀式深植於當地人的信仰核心，他們相信這是讓往生者的靈魂脫離軀殼、通往神界的方式。許多印度家庭甚至不希望恰克拉巴提的研究團隊涉入火葬儀式進行碳微粒採樣。恰克拉巴提說：「這個儀式攸關當地人的情感和信仰。如果你強迫終止它，也許對環境較好，但是沒有人知道死後的世界會是什麼樣子，而這點對印度人來說是至關重要的。」

也質疑當地的工業活動或政府大型建設對碳排放有更劇烈的影響，卻拿民眾的火葬儀式開刀，是否只許州官放火，不許百姓點燈？無論如何，印度都沒有足夠的空間進行土葬，當地社會組織和政府持續推動火葬的替代或改良方案，例如價格不匪且接受度不高的電力焚化爐，或是可減少所需木材和焚燒時間、同時兼顧儀式需要的慕西達焚燒台（Mokshda），近年來都在印度民間逐漸獲得更高的接受度。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）

責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊，也有臉書喔！