沒有稀土, 沒有未來!高科技背後的隱形推手

美中同意降關稅休戰90天,中國到底做對了什麼?

沒有稀土, 沒有未來!高科技背後的隱形推手


企畫、撰文/彭杏珠


達志影像

5月12日中美達成「休戰90天、互降關稅115%」的共識,遠超乎外界預期。國際媒體則紛紛揣測「中國大陸到底做對了什麼?」

原來中國從4月4日祭出「稀土出口管制」後,全球即陷入恐慌,隨即衝擊到軍工、電動車等產業的製造,連特斯拉的人形機器人生產計畫也受阻。

稀土到底是什麼?為何中國可將其化身為終極武器,抵擋美國的關稅大刀?令人訝異的是,我們早已被稀土綁架而不自覺,它既是科技突飛猛進的隱形推手,更是現代生活不可或缺的魔法元素。


從4月3日(台灣時間)以來,全球都聚焦在美國總統川普的關稅戰與貨幣戰,卻忽視了一場沒有煙硝的「稀土戰」,正緊掐著各國的咽喉。

「當我看到中國4月4日打出這張王牌——管制七項中重稀土時,就知道它要跟美國對抗到底了。」台灣稀土及稀有資源應用產業聯盟召集人海中雄2019年曾預判中美貿易戰的終極武器就是稀土,「我只是沒想到這張牌的效益這麼大、這麼快!」

川普開啟「關稅戰2.0」,美中對峙35天後,就在瑞士日內瓦會談並達成協議,遠遠超乎外界預期。而美國願意大砍115%關稅的主因之一,就是希望中國能取消稀土管制,目前中方僅解禁45家美國企業可申請進口軍民兩用稀土90天,並未同意完全取消。外媒一致認為第一回合中國贏了!

但對多數人來說,「稀土戰只是美中兩國的事!與我何干?」

其實,這不僅是中美博弈的決勝點,更攸關著人類的未來。因為從起床按下鬧鐘的哪一刻起,到睡前關掉床頭燈,我們的日常早已被稀土所綁架。

萬能之土!科技進步推手

稀土是17種特殊元素的統稱。「簡單說,就是工業的維他命、高科技的調味劑,一點點就能讓性能加倍,像一小勺味精瞬間讓一鍋雞湯變得更鮮美。」海中雄比喻。

由於稀土擁有獨特的磁性、光學與電學特性,被運用在大大小小商品中。以重約170公克的iPhone16為例,稀土含量僅0.08公克,卻至為關鍵,許多核心功能得靠它,才能達到無縫流動的科技體驗。

當人們使用震動方式接收訊息、電話時,就是釹鐵硼磁鐵(簡稱釹磁鐵)發揮的高效響應;鏡頭的鍍膜添加鑭來降低眩光、提升成像品質;喇叭、耳機也是拜釹所賜,麥克風變得更輕薄、音質更好;連觸控螢幕都含有鑭,以增強耐磨度及滑順感;螢幕則多虧了顯示器的發光材料釔與銪,才有飽和的色彩與亮度。

每個人每天觸碰手機不下百次、千次,隱含的微量稀土宛如空氣中的氧氣,看不見摸不著,卻少不了它,否則手機將失去震動、色彩與聲音的功能。「我去醫院,不只年輕人低頭看3C,老先生、老太太也邊復健邊滑手機,」稀土進口商林萬達(化名)說,稀土早已跟民眾形影不離。

這幾十年來,科技得以突飛猛進的幕後推手,就是這群隱形英雄們。專攻稀土元素的英國倫敦大學學院(UCL)無機化學教授塞拉(Andrea Sella)指出,17種稀土,每一種都在科技業占有獨一無二的地位,沒有任何元素可以取代。

不僅高科技,從農業到軍工領域都得仰仗它,堪稱21世紀最重要的材料,被喻為「萬能之土」。國立台北科技大學資源工程研究所所長余炳盛表示,「添加幾毫克,就可能提升二至三倍的效果,甚至更多,被廣泛運用於各種工業用途中。」

一分鐘讓你讀懂稀土


稀土元素(又稱稀土金屬,簡稱稀土):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)、鑥(Lu)以及鈧(Sc)、釔(Y),共17種金屬化學元素的統稱。地殼上到處都有,台灣也有,既不稀也不土。

「稀」的原因是,很分散且通常以兩種或兩種以上「低濃度」金屬合金形態存在於礦石中,難以富集達到經濟規模可開採的程度,一塊礦石僅能提煉分離出微量稀土金屬,但整體的總含量高,一點也不稀有,例如鈰是藏量第25豐富的元素,與銅的總含量相當,甚至是鉛的五倍。「土」指的是,最早發現於類似「泥土」的氧化物中,非今天所理解的「泥土」。(彭杏珠)

註:稀土定義彙整自中技社、台灣稀土及稀有資源應用產業聯盟的研究報告


應用廣!五大領域祕密武器

稀土涉及的產業可概分為五大領域,第一類是民生用品。來到余炳盛三坪大的研究室,環伺四周的飲水機、電風扇、顯微鏡、冷氣、LED燈、音響喇叭、電磁爐、小冰箱、列表機、電熱器,每一樣都含有「釹」等金屬。

而釹正是應用面最廣的稀土元素之一。1982年通用汽車與日本住友研發出釹磁鐵後,便擁有「磁王」封號,為現今最普及、最強的永久磁鐵(不用給電就有磁性且不易消磁,簡稱稀土永磁),是馬達、發電機的心臟。

相比傳統磁鐵,釹磁鐵擁有體積小、輕量及高扭力、高馬力等功能,且壽命更長。1993年英國推出裝上永磁馬達的第一代Dyson吸塵器時,消費者為之驚豔。有別於千元有找的傳統吸塵器,萬元起跳的Dyson擁有超強吸力,將灰塵、髒汙吸得乾乾淨淨,憑藉的祕密武器就是稀土金屬。

有無稀土金屬的磁力落差甚大,余炳盛拿出一張圖解說,傳統鐵氧體磁鐵的磁力單位是個位數,當科學家將釤、鈷及其他金屬製成釤鈷磁鐵後,「磁力唰一下提升約十倍以上。」

而加入釹元素的釹磁鐵,磁力又比釤鈷磁鐵再增加數倍。余炳盛接著拿出十塊錢硬幣大的釹磁鐵,請男同學試著取出來,豈知使出洪荒之力,磁鐵仍穩如泰山;如將兩顆釹磁鐵黏在天花板上,即能承載一位女學生的重量。

不要懷疑,廚房的磁性刀架可撐住幾把鋼刀的重量,不受地心引力影響而下墜,靠的就是稀土。「釹磁鐵已經讓科技大躍進,加上鐠、鏑兩種稀土元素,又讓科技跨過一個新世代。」余炳盛說。

「所有可以開關的東西,幾乎都要用稀土元素來運作。」法國顧問公司GingerInternational總監克魯默(Thomas Kruemmer)一言以蔽之。


▲北科大資源工程研究所所長余炳盛拿起兩顆釹磁鐵試驗,展示磁王的超強吸力。陳之俊攝

戰略資源!機器人靠它加持

再來是綠能產業,特別是交通與能源領域的電動車及風力發電,對地球的永續發展至關重要。

中技社科技暨工程研究中心主任芮嘉瑋以永磁材料為例說明,特斯拉、比亞迪每輛電動車的用量約二至五公斤;每座1兆瓦(MW)級的永磁式風力發電機約需160至750公斤的釹磁鐵。

而一台電動車所需不僅是永磁馬達,還要用到其他稀土元素。芮嘉瑋估算,「電動車整體對稀土的需求約為傳統汽車的三至七倍,例如豐田汽車製造一台電動車PRIUS的稀土用量高達11至16公斤,普通內燃引擎汽車僅約一公斤左右。」

不只釹元素,關鍵材料的石墨也扮演電動車要角,石墨是鋰電池負極材料的核心。芮嘉瑋加以分析,電池模組在電動車成本中占比約40至50%,而其中約10%是負極材料。

為何風機與電動車如此仰賴稀土?由於海上風機維修不易,採用永磁式發電機,體積小、效率高,且能降低維護成本;而電動車普遍搭載永磁同步馬達,有助於輕量化與性能、支援瞬間高速與長續航,成為主流技術選擇。

若以2025年台灣離岸風電裝置容量將達5.7GW、2040年電動車產量為40萬輛的預估目標來看,稀土材料是攸關能源轉型與供應鏈安全的重要戰略資源。

第三,高科技、3C,以及AI(人工智慧)、機器人、量子電腦等新領域都得靠稀土元素加持。

以晶片的「原子層沉積技術」(ALD)為例,根據工研院材化所「稀土類ALD前驅物之半導體應用」的報告指出,稀土具有獨特的電性與磁性,適合在下世代DRAM中做為電容層。結合稀土優異的性質與ALD製程的優勢,縮小電晶體尺寸變容易許多,可滿足新一代高效能晶片的強烈需求,讓下一世代高科技裝置的發展前景可期。

其實,不管先進或成熟製程都要用到CMP(化學機械研磨)工法。晶圓的研磨拋光粉含有氧化鈰,可讓晶圓更平整、效能更好;稀土也可縮小鏡片厚度,提升折射率,達到良好的光學效果。

稀土同時也是最佳觸媒。假設某個東西的反應時間長達十天,加一點點稀土,就能於一日內反應完畢。余炳盛的團隊正在研發如何在60度的環境下,藉助稀土觸媒分解有害氣體,轉換成無害的二氧化碳與水蒸氣。

在3C領域更是無所不在。電路板處理器、鏡頭、揚聲器、線性馬達都有微量稀土,以確保更好的音質、更有效的資料儲存與檢索。

現正火熱的AI、機器人產業也少不了它。根據中國大陸《證券時報》的報導指出,高性能永磁是機器人伺服電機(馬達)的核心材料。單台人形機器人需要逾40個伺服馬達,每顆馬達得用到50至100克的釹磁鐵,總計達2至4公斤。例如,特斯拉人形機器人「Optimus」內含的高性能釹磁鐵約3.5公斤。


不可或缺!醫療、國防必備

第四類是與健康息息相關的醫療產業。稀土對醫療的研發起到關鍵作用,涉及腫瘤檢測、燒傷、癌症藥物、消炎殺菌、抗凝血,以及對神經系統等創新領域。

醫院普遍設置的磁振造影儀(MRI)器材,主要運用超導磁體生成強大而穩定的磁場來產生人體的詳細影像,進行非侵入性診斷;雷射手術也要靠鋯、釔等稀土材料,才能達到高精度、低創傷效果,廣泛應用於白內障切除、視網膜修復及泌尿結石碎石等手術。

「稀土的閃爍晶體扮演醫療影像的好幫手,」芮嘉瑋比喻,晶體結構由鈣原子與鈰、矽酸鑥釔混合製成,可顯影出癌細胞;中國大陸已研發出一種應用於神經疾病早期預防與診斷的稀土。

幾年前,台灣有大學教授利用稀土發光元素與癌細胞融合,標記腫瘤位置,並以3D造影呈現,只要比人體高五度的溫度就能精準消滅腫瘤,「很可惜因故無法進入臨床實驗,」海中雄期許,醫療研發能藉助稀土更上一層樓,成為病患的救星。

第五類是國防(戰機、戰艦、飛彈)與航太產業(導彈制導、雷達、衛星)。隨著地緣政治日趨緊張,芮嘉瑋認為,稀土已是各國必備的戰略物資、軍工產業的要素。在中美對抗下,成為所有供應鏈中風險最高的原材料,並搖身一變為致命武器。

為何稀土可掐住國防的咽喉?例如具優異耐腐蝕性、抗氧化性的釤鈷磁鐵,廣泛運用於軍工、航太領域。退役少將栗正傑舉例說明,拜登政府時期,發現洛克希德.馬丁公司製造的F-35戰機有中國的釤鈷磁鐵,要求廠商不得使用,遍尋替代品後,根本找不到同效能的材料。美國國防部只好通融豁免,顯見稀土對軍武的重要性。

而多數人並不知釤鈷磁鐵須加入「鏑」,才能提高磁鐵的矯頑力及熱穩定性,符合高溫、高輻射等嚴苛環境要求,全世界僅有中國能提煉出鏑,同時中國還掌控「釤」九成產能,「所以釤與鏑宛如金庸小說的倚天劍、屠龍刀,中國拿出這兩項武器,就是劍指美國的軍工產業。」海中雄進一步說明… 閱讀完整內容
遠見雜誌2025/6月 第468期

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