好讀周報／AI浪潮帶動晶圓需求 「理想冷卻劑」產量稀少、價格翻倍

氦被視爲理想的冷凍劑，對於任何會用到超導磁鐵的科技都至關重要，例如核融合反應爐。（圖／路透）

文 ／編譯樑采蘩

在密西西比州大的核磁共振實驗室內，三塊強力磁鐵讓科學家得以窺探原子如何形成鍵結，藉此設計新型聚合物，研究細菌如何附着表面。爲了讓儀器設備發揮作用，他們需要一種常見卻長期供不應求的元素：氦（helium）。

密西西比州大每12周就要花5000至6000美元來補充液態氦，以確保強力磁鐵的超導線圈能達超低溫-269℃。「這是我們目前最大一筆開銷。」負責人菲茨基（Nicholas Fitzkee）說，「過去一年左右，液態氮價格幾乎翻倍」。

麻省理工科技評論（MIT Technology Review）報導，氦的導熱性極佳。多數物質逼近絕對零度時都會凝固，氦卻能保持液態，因此被視爲理想的冷凍劑，對任何會用到超導磁鐵的科技都至關重要。半導體制造廠也用氣體型態的氦來冷卻矽晶圓，避免損壞。

半導體制造廠使用氦氣冷卻矽晶圓，避免損壞。（圖／路透）

英國氦資源顧問克拉克（Richard Clarke）指出：「這是未來的關鍵元素。事實上歐盟已將氦列入2023年關鍵原料清單，加拿大也列入關鍵礦物清單。」

但目前世上氦氣供應主要仰賴3個國家：美國、卡達與阿爾及利亞；全球僅不到15家公司從事這行業。由於來源極少，若一家工廠停產或戰爭爆發，就可能突然供應不足，使得氦氣市場容易波動。

氦資源顧問柯恩布魯斯（Phil Kornbluth）說，自2006年以來，全球氦氣市場經歷了4次短缺。美國地質調查局資料顯示，自2020年來，氦氣價格幾乎翻倍，從每立方公尺7.57美元漲到2023年曆史最高價14美元。

加拿大滑鐵盧大學永續管理學博士生西丹坦卡（Ankesh Siddhantakar）表示：「現在的情況是氦愈來愈貴，廉價氦氣時代可能已一去不返。」

氦是化學週期表上的第二個元素。原子結構簡單，非常穩定，不易與其他物質發生反應，因此很容易被納入工業或化學過程。多數用途中，氦都沒有很好的替代品，而氦氣又比液態氦難回收。隨着AI熱潮帶動運算需求成長，美國政府正大力投資興建半導體制造廠，未來對氦氣的需求勢必增加。

柯恩布魯斯說：「毫無疑問，晶片製造就算現在還不是，未來幾年也將是氦的最大應用領域。」

克拉克預測，在這種大趨勢下，舉凡醫療、學術機構都得讓位，多數行業最終將逐步淘汰氦的非必要用途，主要把氦用於低溫冷卻，包括量子電腦、火箭、光纖電纜、半導體制造、粒子加速器與核融合反應爐。

鑑於氦對許多產業的重要性，西丹坦卡認爲，戰略資源的管理者應該將它列爲更優先考量。在最近一項分析中，他發現氦、鋰和鎂的全球供應鏈都面臨類似的風險。

●閱報秘書／放射性物質分解形成 濃度逾3% 纔會分離

氦是由數百萬年前的放射性物質分解形成，與天然氣一同埋藏於地底，開採後再分離出來。若氦氣的濃度愈低，這樣做的成本就愈高。

一般而言，氦氣濃度必須至少達到0.3%，天然氣公司纔會費功夫分離，只有美國、阿爾及利亞、加拿大和南非等少數國家的天然氣有達到這個濃度。濃度較低的卡達，則是用充足的天然氣產量來壓低分離的成本。