扭曲元素週期表:稀缺元素與便利生活,同步消失中

扭曲元素週期表:稀缺元素與便利生活,同步消失中
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比起多數人關心塑膠垃圾是否回收減量,其實,提煉自礦物的元素資源是否能永續利用, 可能才是更迫切需要大眾關注的議題。

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文:林宇軒(從學術象牙塔逃離的化學系畢業生,樂於分享科學,在科學傳播的世界練功,希望和大家一起領略科學的力與美)

今年(2019年)《蘋果日報》的調查報導指出,大量的資源回收物被當一般垃圾掩埋在偏鄉或郊區,引起輿論大力譴責無良回收商。從該事件可以看出大眾對資源回收重視的程度,不過,比起多數人關心塑膠垃圾是否回收減量,其實,提煉自礦物的元素資源是否能永續利用,可能才是更迫切需要大眾關注的議題。這些元素並非取之不盡、用之不竭,如果處理不當,只會更加稀少,甚至有用完的一天。

歐洲化學學會(European Chemical Society)在今年初製作了一張扭曲週期表(圖一)昭告大眾,其實有很多的元素都已經瀕臨耗盡邊緣,如果不節約或回收,未來要取得這些元素所需要的成本就會提高,更糟的是,當有一天地球上再也找不到這些元素,那問題可就麻煩了。

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Photo Credit:European Chemical Society
圖一:化學學會在2019年公布的扭曲元素週期表,以各元素所占面積呈現含量,顏色越偏紅,代表元素缺乏風險程度越高。(European Chemical Society)
扭曲週期表和即將耗盡的元素

也許讀者會好奇,這些元素消失,對人類生活的影響有多嚴重?看看桌上的手機、平板和電腦,這些生活中離不開的電子產品,晶片裡的半導體元件就是由多種稀缺元素製作而成。也就是說,失去了稀缺元素,3C產品可能完全做不出來。你能想像一個沒有手機、平板和電腦的世界嗎?

為了說明到底哪些元素很稀有,扭曲週期表利用各元素所佔有的面積大小,呈現元素的稀缺程度,面積越大塊就代表含量越豐富;而顏色越偏紅,就代表在元素缺乏的危機越大。另外,稀缺元素大多數集中在右下角區域,包含許多過度元素及13~16族(又稱3A、4A、5A、6A族)第四到六週期的元素。或許讀者對這些元素不熟,甚至連聽都沒聽過,但前面提到的各種電子產品當中,就必須使用不少稀缺元素進行製造。

舉例來說,如果缺乏第13族第四週期的鎵元素,半導體產業可能會一個頭兩個大,因為砷化鎵(GaAs)是製造半導體的重要原料,包括手機、電腦裡面的積體電路與紅光LED,還有以半導體製成的雷射,也都使用包含鎵的化合物。如果缺乏鎵,相關產品的價格勢必會提高,現今已貴到嚇死人的iPhone不知道又要漲多少錢。但棘手的是,想要獲取鎵,並沒有「鎵礦」可以開採,只能從煉鋁、煉鋅工業的製程副產物中進一步提煉出來,也因此限制其產量。

手機除了晶片之外,觸控面板也是很重要的一個部分,與鎵同一族的銦,就是製造觸控面板的重要元素。除此之外,銦也大量用於LCD液晶螢幕中。其來源與鎵類似,主要從煉鋅工業殘渣中提煉而來。如果銦用罄,不只是觸控螢幕、LCD液晶螢幕會做不出來,就連部分的半導體、太陽能電池及太陽能板的生產也都會出問題。

想像一下在缺乏銦的世界,那大概會是個觸控手機超級貴的時代。而或許Nokia 3310的輝煌時代,又要回來了。

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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