矽循環經濟生態圈的築基者— 光宇應用材料

5 月 29 日

2013 年成立的光宇應用材料，戮力十年研究半導體廢矽砂漿的回收技術。作為半導體產業廢棄物的處理廠商，他們的志向並不只是進行城市採礦，把他人不要的廢棄物變成有價值的黃金，也期待自己做出的綠色材料，能夠把矽產業鏈不同成員的技術、創意串聯起來，共同打造價值鏈更為綿長的，矽循環經濟生態圈。

受訪者：光宇應用材料股份有限公司何英志總經理

與談人：陳妍樺、蘇郁婷、林耕樂、顏政彰、莊惟任

撰文記者：莊惟任

循環經濟的發展，有時是雞生蛋、蛋生雞的問題，只把目光聚焦到單一區塊上，就會陷入死胡同，找不到出路。但若能將注意力放到整個產業的演化史與未來展望，就能看見另一片生生不息的新天地。在那片天地中，重點不是誰是雞、誰是蛋，而是誰勇於注入新基因，為所有改變奠定基礎，讓新的循環經濟生態系有機會生成。

致力於打造矽循環經濟生態圈的光宇應材

臺灣作為全球排名第一的半導體大國，多數資源、人才也集中在矽晶圓產業上，及至2022年，臺灣半導體產業鏈的年產值已達4.8兆台幣。傲人產值的背後，代價是數量驚人的事業廢棄物，若不能加以妥善回收、再利用，將有負矽島的美名。

光宇應用材料的何英志總經理表示，因為股東結構的關係，光宇從一開始就承載著半導體產業對永續轉型的期許。光宇的股東有25％來自半導體產業，因而成立之初就肩負起處理半導體產業廢棄物的任務。而在半導體產業的諸多廢棄物中，光宇會選擇廢矽砂漿作為主要研究對象，有幾個重要原因。

｜矽晶柱切片後形成的矽晶圓／Enrique Jiménez 提供（CC-BY-SA）

臺灣最具影響力的關鍵物料：矽

第一個原因，是對於矽島臺灣而言，矽是一個自產率很低的關鍵物料。環境部曾於2017 年提出《矽 — 關鍵物料調查報告》，該報告以「經濟重要性」、「供給風險」及「環境影響」三項指標作為評選依據，將矽評選為臺灣排名第一的關鍵物料，且在「環境影響」方面，矽的評分亦高居第一。

之所以如此，是因為矽的用途非常廣泛，舉凡半導體、玻璃、水泥、鋼鐵、冶金、塑膠、橡膠……等產業，都會大量使用到矽。雖然地球上的矽存量非常豐富，但它們多是以氧化物、矽酸鹽的形式存在，純度有所差異，真正適合拿來運用、提純的矽原料，比例並不高。目前臺灣矽的自給率僅有10％，且純度不敷半導體產業使用，需仰賴以中國、俄羅斯為主的高純度石英砂（主要成分為二氧化矽）出口國，才能獲得所需的原料。

再者，二氧化矽的提純會耗用大量能資源。二氧化矽的化學式為SiO2，為了提升矽（Si）的純度，需減少氧（O2）的含量。負責提純的半導體企業，會把二氧化矽與焦炭混在一起，於電弧爐中加熱，利用1,600 度至1,800 度的高溫，讓焦炭中的碳（C）與二氧化矽中的氧（O2）鏈結，形成二氧化碳（CO2）後排出，從而得到純度約為98％的冶金級矽。而半導體產業使用的多晶矽（電子級矽），對純度的要求高達11N（99.999999999%）以上，提純廠須另外對冶金級矽進行純化、多重蒸餾、氫氣還原等工序，才能得到純度堪用的多晶矽。過程中除了產生鉅額碳排，亦消耗大量水資源。

第三，矽本身的熔點高達1,414 度，難以焚化處理，一旦廢矽料無法回收使用，就只能進入掩埋場，佔用珍貴的土地。種種因素，使得廢矽砂漿的回收、再利用技術顯得越來越重要，它既是半導體產業邁向淨零碳排、永續轉型的關鍵課題，也是本身矽產量不足的臺灣，增加矽料來源的有效手段。光宇從廢矽砂漿提純出的二氧化矽，純度雖不足以重新回到半導體產業使用，但仍可廣泛應用於不同事業體，減少進口矽料也減少浪費。第三，矽本身的熔點高達1,414 度，難以焚化處理，一旦廢矽料無法回收使用，就只能進入掩埋場，佔用珍貴的土地。種種因素，使得廢矽砂漿的回收、再利用技術顯得越來越重要，它既是半導體產業邁向淨零碳排、永續轉型的關鍵課題，也是本身矽產量不足的臺灣，增加矽料來源的有效手段。光宇從廢矽砂漿提純出的二氧化矽，純度雖不足以重新回到半導體產業使用，但仍可廣泛應用於不同事業體，減少進口矽料也減少浪費。

倍受關注的事業廢棄物：污泥

第二個原因，是從臺灣事業廢棄物資源化的角度來看，污泥的再利用研究是一個重要標的。根據環保部的統計，2022 年全臺事業廢棄物約2,118 萬公噸，其中一般性污泥為279 萬公噸，佔比13.17％，與灰渣、爐碴同為備受關注的廢棄物項目。此類廢棄物因為量體龐大、種類繁多，如何適材適所的進行分流、再應用，是循環經濟的重要課題。

一般性污泥以無機性污泥（D-0902）居多，2022 年申報量為107 萬公噸，占比38.54 %。無機性污泥主要的資源化管道為製作成工業材料，且多半會用來製作「控制性低強度回填材料（CLSM）」與水泥製品。

廢矽砂漿即是無機性污泥的一種，年產量約7.2萬公噸，佔比約7％，比例雖不高，但因晶圓廠使用的矽料，提煉時需耗用大量能資源，若採低價值循環直接作為回填材料與水泥的混料，太過浪費。光宇投入大量時間、心力，研究廢矽砂漿的提純技術，即是希望能將半導體產業產生的污泥，轉化為用途更廣泛的材料，減少浪費的同時，也協助半導體產業走出更多元、有價的永續之路。

而從污泥（廢矽砂漿）到有價產品的轉換，也反映了從概念到技術的雙重革新。過往我們將工業污泥視為廢棄物，習慣透過焚化、掩埋……等終結性的手段來進行處置。但事實上，這些污泥濃縮了工廠在製作產品的過程中，所遺漏掉的有價材料。若把這些材料直接廢棄，無疑是巨大的浪費與損失。先從概念上把廢棄物重新界定為「資源」，再透過技術研發，找到妥善應用這些「資源」的方法，既是循環經濟的核心使命，也是光宇致力研究的方向。「沒有所謂的廢棄物，只有被錯置的資源。」何英志語重心長的說。

半導體產業的廢矽砂漿如何產生？

半導體產業的廢矽砂漿主要來自「長晶產業」、「晶圓加工產業」、「封裝產業」三個地方。長晶產業會將純度極高的多晶矽丟入坩鍋融化，再拉製成單晶矽棒。單晶矽棒經整形、切片、蝕刻、拋光後，即成為我們說的晶圓。這過程會產生第一批廢矽砂漿。

製作好的晶圓進入加工廠後，為了把電子元件、電路做在晶圓上，會反覆進行鋪膜、蝕刻的流程，產生第二批廢矽砂漿。最後，封裝廠會針對做好電路的晶圓，進行研磨、切割、黏晶、悍線、封膠、電鍍，產生第三批廢矽砂漿。

這三批廢矽砂漿，都在光宇收受、處理的範圍內。同時，光宇也會回收晶圓加工廠產出的廢硫酸，用在廢矽砂漿的再生製程中，儘量讓每種廢棄物繼續發揮效用。

何英志說在處理廢矽砂漿時，一個很重要的步驟是分析廢棄物的成分。雖然同樣是廢矽砂漿，隨著製程的不同，內含的雜質也不同，必須先有效的分辨不同廢矽砂漿的特性，才能作最適當的處理。理想上，就算是同一家工廠的廢矽砂漿，若能在廠內依不同製程分開貯存，避免讓不同性質的廢矽砂漿混在一起，後端就能更有效率的進行提煉，減少浪費。

萬事起頭難，何英志相信只要撐過效益不高的前期，將技術、製程發展出來，也把市場價值做出來。其他人看到了，循線加入，就有機會形成規模經濟，那時，循環經濟才能真的動起來，讓產業鏈的不同成員更知道如何投入其中，扮演自己最適當的角色。

「作為回收技術先行者的光宇應材，除了研發專利外，也很樂意和處理業者合作，提供建議、支援，一起把事業版圖做大。只要版圖大了，很多大家碰到的問題，就可迎刃而解。」何英志說。

從廢矽砂漿到再生二氧化矽

過往，廢矽砂漿只能以掩埋、固化的方式來處理，相當不環保。光宇歷經5 年開發，取得14 項專利，發展出一套包含去雜、合成、壓濾、酸化、閃蒸的流程，成功從廢矽砂漿提取二氧化矽、矽酸納、綠氫等多項能資源。

從半導體產業取得廢矽砂漿後，光宇會先進行乾燥、破碎、篩分。分選出的廢乾矽砂，加入鹼（氫氧化鈉-NaOH）引發化學反應後，會生成矽酸鈉（Na2SiO3）。矽酸鈉置入酸化槽，與濃硫酸（H2SO4）進行反應，就可透過氧化還原作用，提煉成二氧化矽。同時，氫氧化鈉與硫酸也會產生酸鹼中和，讓廢液的酸鹼值回歸平衡，堪稱完美的再生流程。更難得的是，此過程還會產生大量高純度的氫氣（H2），因為僅是化學作用的附帶產物，碳排、成本都非常低，經回收、儲存後，就是市面上難得一見的低價綠氫。

二氧化矽的傳統製程，需要從礦山開採原料，再藉由熱熔法來煉製，碳排、能耗都非常高。而光宇所研發的專利流程，是透過化學合成法，從廢棄物中提取已經煉製好的矽料，除了幫半導體產業去化廢棄物外，提煉出來的再生二氧化矽，碳足跡僅有原本的1/3。

「現在全世界都在找再生的二氧化矽，因為很多品牌商會要求原料裡至少要添加30％的再生料。而最便宜的方式，就是使用再生二氧化矽，因為二氧化矽的應用度廣泛，許多環節都可添加，讓相關廠商趨之若鶩。光宇目前生產的再生二氧化矽，幾乎一做好就會被外商買走。」何英志表示。

目前全世界只有少數公司生產再生二氧化矽，而光宇不僅握有從廢矽砂漿提取二氧化矽的技術，還能從每噸廢矽砂漿中，產出1.2噸的二氧化矽。低碳、高應用價值、高產能的特性，使何英志對光宇的前景信心滿滿。

再生二氧化矽的推廣

除了從城市採礦，提煉再生二氧化矽。光宇亦經由「取得認證」、「建立自有品牌」、「產品高值化」三項策略，積極向不同產業推介再生二氧化矽，希望透過產業間的串聯，逐步把市場做大，為未來的矽循環經濟生態圈奠定雛形。

「由廢棄物提煉出來的再生料，最大的困難就是取得認證。沒有認證，廠商無法確認再生料的來源、品質，就不會下單。光是認證的部分，大部分處理廠就走不下去，因為除了各種國際認證外，一些品牌大廠也會有自己的專屬規範。以光宇的再生二氧化矽為例，為了讓客戶放心，國際認證我們就取得了RCS 、RoSH、REACH 三種，證明這些二氧化矽屬於回收料，且不含國際限用的有害物質。後來為了和Adidas 做生意，我們又另外申請了AdidasA-01 限用物質認證。且取得認證還不夠，客戶為了確認你的再生料與原材料沒有物性差異，會先測試個一年半載，最後才考慮把它們加入生產線。從技術研發、產品研製、認證取得到客戶買單，是條非常漫長、艱辛的路。」何英志說。

透過自有品牌建立夥伴關係

與外部廠商合作，需要大量時間溝通、磨合。為了更好的處理相關事務，光宇在內部建立了自有品牌Semisils，用以和各行各業的夥伴合作，嘗試將再生二氧化矽用到不同產品中。Semisils是由Semiconductor、Silica、Sustainable 三個字組成，象徵光宇透過專業技術，將半導體的廢棄物重新提純成矽，並且在節能減碳的架構下，支持相關產業走向永續。

目前Semisils 的合作案例，已橫跨民生用品、運動器材與工業建材。如馳綠國際的休閒鞋、喬盟的藍球、臻瑤的瑜珈墊、佳大建材的矽酸鈣板、南寶樹脂的環氧樹脂及防水漆……等。有些建材產品甚至一做出來，就被半導體客戶回購，用來擴建新廠，真正做到自家廢棄物的循環再利用。

再生矽料的高值化

除了應用推廣，Semisils 也致力於再生二氧化矽的高值化。再生產業的共同課題，就是比起乾淨的新料，它們得透過更多工序，才能把資源從廢棄物中分離出來，以致於價格比新料來得高。

要解決價格問題，有三個解方，一個是隨著環保成為國際共識，過往被忽視的環境成本會逐步被納入計算（例如碳稅），再生料與新料的價格差異也會因此更為平衡。一個是規模經濟，透過整體的量能來壓低提煉再生料的成本。最後則是高值化，當泛用的二氧化矽能精製成高單價的產品，再生料與新料前端處理費的差異，就可忽略不計。

「二氧化矽的產品，價格從1美金到1,000美金都有。像我們目前已成功把它精緻成消光劑、載體、撥水劑、塗料……等，價格比剛出廠的二氧化矽高上幾十倍。當我們可以把垃圾變成價值幾十美金的東西，我們才有辦法談循環『經濟』。單單技術上可行是不夠的，得有一些經濟成果在背後撐持，產業才有辦法往前走。」何英志表示。

相關技術、產品的延伸運用

從廢矽砂漿到二氧化矽，從二氧化矽到產業合作與產品高值化，光宇用10 年的歲月，打造出一條初具雛形的再生產業鏈。接下來則要努力應用相關技術與資源，擴增循環經濟的藍圖。

廢矽來源方面，過往光宇主要是從晶圓產業的廢矽砂漿提煉矽料，目前則把太陽能板也納入產線。根據環保部的研究，太陽能板的生命週期約為20 年，以臺灣投入太陽能產業的時間點來看，預計2023 至2024 年就會出現1 萬噸以上的廢光電板，2035 年數量更會超過10 萬噸。太陽能板的材料包含矽晶面板、玻璃、鋁框架、電池，光宇的廢矽提煉技術正好發揮貢獻，為即將到來的廢太陽能板浪潮提供更有價值的去化管道。

重點發展項目：綠氫產業鏈

另一個光宇最重視的項目，是綠氫產業鏈。氫能科技是淨零碳排的焦點技術，比起石化燃料，氫因為本身的化學式不含碳，若能有效減少製程中的碳排，就有機會成為最潔淨的能源之一。

目前市面上的氫氣分為灰氫、藍氫、綠氫三種，灰氫採傳統製程，碳排放是直接逸散到空氣中。藍氫則添加了碳捕捉的技術，可大幅減低碳排。最為難得的綠氫，因為是使用再生能源製作氫氣，幾乎可達零碳排。美中不足的是，目前綠氫的成本極為高昂，離商業運用還有段不小的距離。

光宇的優勢，在於它的綠氫，是在合成二氧化矽的過程中自動產生的，做多少二氧化矽，就會產生多少氫氣，且純度高達99％以上。因為是生產過程中的副產物，無論成本還是碳排，都比特地用再生能源製作的綠氫低上不少。以碳排最低的風力為例，用風能製氫，氫燃料電池每1 度電的碳排約是60 克，而光宇的氫能每度電僅有20 克，整整差了3 倍。如果跟目前台電的平均碳排每度電是509 克相比，差距高達25 倍。

為了把握優勢、發展綠氫，光宇於2019年成立子公司「台灣綠氫」，研究如何收集、提純、應用再生二氧化矽製程中所產生的氫氣。台灣綠氫目前已可把氫氣純化至5個N（99.999％），該純度的氫氣，除了可供燃料電池使用外，亦可用於工業中。同時，它也能混入其他低純度的廢氫，當成燃料使用（純度達65％即可），應用面相當廣泛。光宇綠氫低碳和低成本的優勢在燃料市場更加明顯，行駛相同距離的成本已低於汽油，碳排放差距卻高達10 倍以上，大量生產後可大幅改善汽車空污和加速追趕碳中和目標。

2022年，台灣綠氫成功取得全球第一張氫能發電的綠電憑證，為臺灣的循環能源寫下新的一頁。也因為這樣的成績，何英志對於氫能產業鏈的發展寄予厚望，覺得那是上天帶給矽循環產業的珍貴禮物。臺灣作為半導體大國，有著取之不盡的廢矽砂漿，砂漿不僅能提煉用途廣泛的二氧化矽，還能同步產出新世代能源綠氫，彷彿冥冥之中自有定數，讓矽循環產業得以支持臺灣的現在與未來。