社企流／編譯：Jenny Yeh
在現代數位生活中，從手機、電動車到風力發電機，幾乎所有關鍵科技都離不開「稀土元素 Rare Earth Elements」（註一），是支持智慧型裝置運作與能源轉型的關鍵基礎。然而，這些珍貴礦產的開採與提煉過程，往往伴隨著嚴重的環境污染，全球多數稀土精煉產能高度集中中國，供應鏈在環境與地緣政治上都有著高度脆弱性。
面臨「乾淨能源、骯髒開採」的矛盾，以及如何在維持資源供給的同時降低環境負擔，成為關鍵課題。來自德州大學奧斯汀分校的校園創業團隊 Supra，嘗試以「化學海綿」的過濾裝置，從工業廢水中回收高價礦產的方式，試圖為高污染、且高度集中的稀土供應鏈帶來新的可能性。
稀土並不稀有，卻貴在「難分離」
「稀土元素」這個名字其實有些誤導人，事實上，稀土元素在地球上的儲量並不稀少，而在於其開採與分離過程的技術難度。由於，稀土元素在自然界中多以低濃度、分散形式存在，鮮少形成高品位礦床，導致其開採需處理大量礦石以取得有限產出；其次，稀土家族中 17 種元素在化學性質上高度相似，使得彼此之間的分離與純化過程極為複雜，需仰賴多階段精細化學分離技術。
現行的主流精煉方法不僅成本高昂，既耗能又有毒，必須仰賴大量化學溶劑與酸液，且產生大量有毒廢棄物，對土壤與水源的破壞難以逆轉。正因如此，過去數十年間，稀土相關產業鏈逐步集中於環境法規相對寬鬆的地區，由特定國家承擔主要的環境成本，以換取全球市場對低價稀土的穩定供應。
中國憑藉龐大的勞動力、相對寬鬆的環境法規，以及政府的戰略性補貼，逐步壟斷了全球稀土的開採與精煉市場。根據美國地質調查局（USGS）2025 年發布的《Mineral Commodity Summaries 2025》，中國在 2024 年掌控全球約 69% 的稀土開採量；據 Benchmark Mineral Intelligence 與 USGS 的數據，中國的精煉供應量更高達全球 90%。這也意味著，即便其他國家擁有稀土礦產，最終仍會送往中國進行加工，但在地緣政治風險升高及供應鏈不確定性加劇下，一旦中國出口收緊、政策變動，將對下游的電動車、半導體及國防工業等關鍵產業造成衝擊。
用一塊海綿，告別稀土劇毒化學
Supra 的核心技術，來自美國德州大學奧斯汀分校化學教授、Supra 共同創辦人 Jonathan Sessler 多年的基礎研究。他最初設計「超分子受體 supramolecular receptors」（註二）原本是為了在生物系統中精準辨識並標靶癌細胞，但在後來的研究中發現 ，這類具高度選擇性的分子結構，同樣可被重新設計，用於捕捉特定礦物離子。Supra 執行長 Katie Durham 形容，「這是一串經過設計的分子結構，就像棒球手套一樣，只會精準地接住特定的分子。」Supra 將其轉化為材料應用，透過客製化分子結構達成選擇性分離。
Supra 的運作流程，可以拆解為 3 個關鍵步驟：
- 嵌入聚合物：奈米級的受體被嵌入一種充滿微孔的聚合物材料中，微孔結構大幅增加了與礦物離子的接觸面積，讓捕捉效率最大化。
- 3D 列印成匣：這種材料被 3D 列印成可重複使用的「濾匣」，每一個濾匣針對一種特定元素設計，礦山廢水或工業廢液可以依序流過一系列濾匣，逐一分離出不同礦物。
- 以酒精吸附、清水釋放：受體在酒精介質中與礦物結合，再以清水沖洗即可釋出純化的礦物，全程低耗能、無需劇毒化學品。
Supra 的實驗室測試數據十分亮眼，例如在鈷的提取實驗中，達到 100% 的捕捉率，且能在混合溶液中將鈷與鋰完全分離。Supra 宣稱這套製程的選擇性與速度，比現行稀土精煉技術高出 100 倍。
打破傳統礦業邏輯，開啟綠色煉金時代
Supra 瞄準的不是傳統礦山的開採，而是那些在製造鏈中被忽略的「剩餘價值」，如工業廢水、礦山尾礦（註三），以及堆積如山的電子廢料。
以鈧為例，這種稀土元素廣泛存在於各類工業廢料中，但通常濃度極低，若以傳統技術進行提取並不具有價格競爭力。然而，鈧的真正價值取決於純度等級：一般約 99.9% 純度的產品，每公斤價格約為數百美元；而當純度提升至 99.9999% 時，售價則可飆升至每公斤 50 萬美元。在在凸顯高精度分離與純化技術在稀土回收中扮演著關鍵角色。
Supra 目前正在優化製程達到最高純度，首波目標鎖定在美國完全依賴進口的鈧（Scandium）與鎵（Gallium）這兩類航太材料、半導體與 LED 製造不可或缺的原料，預計於今年底與合作夥伴展開試點計畫。
台灣的隱形礦脈，電子產業的二次轉型
自詡為科技之島的台灣，Supra 研究技術與經驗，從產業結構出發，有幾個值得我們進一步思考的地方。
台灣作為全球重要的半導體及電子製造基地，每年有大量廢棄電子產品，其中蘊含金、銀、鉑、鈷乃至稀土等高價值金屬。儘管台灣的廢電子回收體系以相對完善，但對於高純度金屬的精細分離與回收技術上，仍有進一步深化的空間。如 Supra 這類「精準萃取」技術的出現，為金屬回收提供了新的發展想像。
進一步來看，這類技術的潛力不僅限於資源回收，更同時回應環境與產業的雙重需求。若能應用於半導體製程廢水或其他工業廢液處理，不僅有助於降低重金屬排放，也可能從中回收具經濟價值的材料，將原本的污染源轉化為資源，實現真正的「廢棄物資源化」。
此外，由於稀土供應鏈的高度集中，也凸顯了產業韌性的風險。對高度依賴穩定原材料的台灣科技產業而言，支持多元來源與新型技術的發展，不僅是環境與永續的選擇，更是降低系統性風險、強化供應鏈安全的長期策略。
改變資源取得方式，推動全球供應鏈轉型
這場供應鏈轉型，Supra 並非單打獨鬥，如Phoenix Tailings、Cyclic Materials 等新創公司致力於從採礦尾礦或報廢電子產品中回收稀土。「這個世界變得懶惰，長期以來讓特定地區承擔環境代價，」Sessler 教授直言，Supra 的願景不只是協助美國建立自主供應鏈，長遠來看，他們希望將這項技術推廣至全球，包括協助解決各地的工業污染問題。透過科技創新，原本具污染性的廢水，正轉變為充滿商機的「城市礦山」，不僅是一場材料科學的革命，更是邁向永續供應鏈的關鍵一步。
註一：稀土元素 Rare Earth Elements , REE，共 17 種，包含鑭系的 15 種元素：鑭 La、鈰 Ce、鐠 Pr、釹 Nd、鉕 Pm、釤 Sm、銪 Eu、釓 Gd、鋱 Tb、鏑 Dy、鈥 Ho、鉺 Er、銩 Tm、鐿 Yb、鎦 Lu，再加上鈧 Sc 與釔 Y。由於這 17 種元素化學性質相近、常共生於同一礦床，難以單獨分離。其中約十餘種具有實際商業應用。例如：釹與鐠為電動車及風力發電永久磁鐵核心；鏑與鋱則用於提升磁鐵高溫穩定性；鈰與鑭用於觸媒及光學玻璃；鈧為航太鋁合金添加劑。
註二：超分子化學（Supramolecular Chemistry）是一門研究分子間非共價鍵相互作用的學科，由法國化學家 Jean-Marie Lehn（亦被譽為超分子化學之父） 於1970年代提出，並於 1987 年與 Charles Pedersen、Donald Cram 共享諾貝爾化學獎。而超分子受體就像一個精密訂製的分子「手套」，只對特定形狀與電荷的分子產生吸附，其他物質則原封不動地通過。
註三：尾礦（tailings）是礦石在提取主要金屬後所剩的廢棄物，通常以泥漿或粉末形式堆置於礦區周邊，其中往往仍殘留大量微量金屬，是重要但被低度利用的二次資源。
參考資料
- Visualizing 30 Years of Rare Earth Production, by Country（Visual Capitalist）
- Nobel Prize in Chemistry 1987（Nobel Prize）
