晶片背後的水

為什麼水資源可能成為半導體產業下一個戰略資產？

當全球科技產業競逐AI晶片、先進封裝與超級運算能力時，一場較少受到關注的競賽正在同步展開——水資源管理。從晶圓清洗到先進製程，每一片晶片的誕生都仰賴大量超純水支撐。隨著氣候變遷加劇、極端乾旱頻繁發生，以及全球半導體產能持續擴張，水正逐漸成為影響供應鏈韌性的重要戰略資源。在國科會支持下，國立臺灣大學侯嘉洪教授團隊所開發的電驅動分離濃縮技術，成功突破低濃度含氟廢水資源化瓶頸，展現半導體產業從線性製造走向循環製造的新可能。這不只是一項環境工程技術的進步，更可能揭示下一代半導體永續基礎設施的發展方向。

在國科會支持下，臺大環工所特聘教授侯嘉洪研究團隊，成功提出創新的「電驅動分離濃縮技術」，使原本難以利用的低濃度含氟廢水，得以轉化為可再利用的循環資源，為半導體產業推動廢水資源化與淨零轉型帶來關鍵突破。合影左起為鋒霈環境科技股份有限公司孟慶餘財務長、鋒霈環境科技股份有限公司盧宗隆董事長、國立臺灣大學環境工程學研究所侯嘉洪特聘教授、國科會工程處洪樂文處長、國立成功大學環境工程學系李孟珊副教授、國立臺灣大學新碳勘科技研究中心淨零水科技組范振軒執行長、國立臺灣大學環境工程學研究所吳旻臻博士候選人

如果沒有水，就沒有晶片

2021年春天，臺灣遭遇數十年來最嚴重的乾旱。

水庫水位持續下降，農田休耕，部分地區開始實施分區供水。當時，全球媒體最擔心的並非民生用水，而是另一個問題：如果缺水持續惡化，全球最重要的半導體製造基地是否會受到影響？

這是許多人第一次意識到一件事。

即使擁有世界最先進的半導體技術，如果沒有足夠的水，就沒有晶片。

在現代晶圓廠裡，水幾乎參與每一道關鍵製程。從光蝕刻、晶圓清洗、表面處理到化學機械研磨，每一步都需要大量超純水維持產品良率與品質。

一片先進晶片的誕生，背後往往伴隨著數千公升甚至更多的用水需求。

當全球科技產業進入AI時代，晶片需求正以前所未有的速度成長。從大型語言模型、AI伺服器到自駕車與智慧製造，高效能晶片已成為數位經濟的重要基礎設施。

然而，支撐這場AI革命的，不只是電力。

還有水。

AI革命背後的隱形資源競賽

過去十年，半導體產業最重要的關鍵字是「運算能力」。

未來十年，另一個關鍵字可能是「資源效率」。

隨著先進製程持續推進，每片晶圓的製造流程愈來愈複雜，所需的清洗步驟與品質要求也同步提高。晶片性能不斷進步的同時，產業對超純水的依賴程度也持續上升。

過去，企業比較的是誰能率先進入更先進的製程節點。

未來，企業可能還必須比較誰能以更少的能源、更低的碳排放，以及更高的用水效率完成製造。

這不只是永續發展議題。

而是供應鏈競爭力議題。

近年來，美國亞利桑那州、歐洲部分工業區以及亞洲多個製造基地，都曾面臨不同程度的水資源壓力。極端氣候帶來的不確定性，使得水資源管理逐漸成為全球高科技產業的重要風險項目。

在這樣的背景下，如何建立更有效率的循環用水系統，已成為許多半導體企業的重要課題。

「未來晶圓廠競爭的不只是奈米數，而是每一滴水的利用效率。」

被忽略的資源寶庫

如果水是半導體產業的命脈，那麼廢水則是這條生命線中最容易被忽略的一環。

長期以來，人們習慣將工業廢水視為必須處理的負擔。

然而，循環經濟的思維正在改變這種觀念。

對許多研究者而言，工業廢水並不只是污染物的集合體，而是一座尚未被充分開發的資源庫。

含氟廢水便是一個典型例子。

氟化物廣泛應用於半導體與電子製造製程，因此幾乎所有晶圓廠都會產生含氟廢水。雖然高濃度含氟廢水已有相對成熟的回收利用方式，可進一步轉製成冰晶石（Cryolite）等工業原料，但占更大比例的低濃度含氟廢水卻長期缺乏具經濟效益的回收方案。

過去產業主要透過化學加藥沉澱法處理，將氟離子轉化為氟化鈣污泥後再進行後續處置。

這種方式能達到排放標準，卻也意味著企業必須持續投入藥劑、人力與運輸成本，同時產生額外碳排放。

更重要的是，其中原本可能具有利用價值的氟資源，也隨之流失。

從廢水到資產

在國科會支持下，國立臺灣大學環境工程學研究所侯嘉洪教授團隊與鋒霈環境科技合作，試圖改變這樣的現況。

研究團隊導入薄膜電容去離子技術（Membrane Capacitive Deionization, MCDI），發展出全新的電驅動分離濃縮技術，希望將原本難以利用的低濃度含氟廢水重新轉化為可回收資源。

資源循環再利用產品(冰晶石)及薄膜電容去離子模組

這項技術最值得關注的地方，不只是提升處理效率。

而是改變了產業看待廢水的方式。

傳統廢水處理的目標是排放。

新一代資源循環技術的目標則是回收。

透過電場驅動離子移動與吸附，系統能夠將原本分散在大量水體中的氟離子逐步集中，最終濃縮至可供後續再利用的濃度範圍。

研究團隊已建置每日處理約100公升含氟廢水的實驗系統，並完成實廠驗證。進一步放大後，更建置每日可處理一噸廢水的電容式氟離子濃縮示範系統，展現技術朝向產業化發展的潛力。

這代表長期被視為環境負擔的低濃度含氟廢水，開始具備成為循環資源的可能性。

「真正的創新，不一定是創造新的資源，而是重新發現既有資源的價值。」

減碳，才是真正的第二曲線

對於許多企業而言，資源回收是第一層價值。

減碳則是更大的價值來源。

研究團隊透過材料優化，以石墨片取代傳統金屬集電材料，不僅提升系統穩定性與耐用度，也顯著降低生命週期碳排放。

研究結果顯示，每回收一毫克氟離子所產生的碳排量，可由0.098公斤二氧化碳當量降至0.008公斤二氧化碳當量，減碳幅度超過九成。

這樣的成果不僅有助於提升資源回收效率，更符合全球供應鏈對ESG與淨零轉型日益嚴格的要求。

當企業開始以碳排放、能源效率與資源循環能力作為競爭指標時，廢水資源化的重要性也將被重新定義。

臺灣正在建立新的WaterTech能力

這項研究還揭示另一個值得關注的現象。

過去數十年，臺灣因半導體產業而建立全球競爭優勢。

未來，臺灣是否也能在WaterTech領域建立新的國際影響力？

為了推動技術落地，研究團隊已於臺大竹北校區成立「Net Zero WaterTech Hub」，並與產業界共同建置合作實驗室。

這不只是一個研究中心。

它更像是一個串聯技術研發、產業驗證、人才培育與市場應用的平台。

隨著全球製造業面臨淨零轉型壓力，循環用水與資源回收技術的重要性將持續提升。

而臺灣長期累積的半導體、材料工程與環境科技能力，或許正好為WaterTech產業發展提供獨特優勢。

水，可能是下一個矽

過去五十年，矽改變了世界。

它推動資訊革命，創造數位經濟，並重塑全球產業格局。

而未來五十年，另一項資源的重要性正快速上升。

那就是水。

當全球科技產業競逐更快的晶片、更大的算力與更多的資料中心時，真正決定產業能否持續成長的，或許不只是晶片本身。

而是能否以更少的水、更低的碳排放，以及更高的資源循環效率完成製造。

從這個角度來看，侯嘉洪教授團隊所開發的電驅動分離濃縮技術，不只是一次廢水處理技術的進步。

它更像是一個訊號。

提醒人們重新思考，在下一個科技時代裡，什麼才是真正稀缺而珍貴的資源。

而答案，或許就藏在晶片背後的每一滴水之中。