鍺金屬回收新契機：打造台灣關鍵礦物循環模式

一、前言

中國在關鍵礦物供應鏈占據主導地位，尤其是在加工和提煉環節，幾乎壟斷多數關鍵礦物的供應市場。以稀土為例，中國在稀土元素的蘊藏量占全球的69%，但在其精煉與加工階段的產能就佔了全球92%的產出(圖一)。自2023 年起，中國陸續針對多項關鍵礦物實施出口管制，包括鎵、鍺、石墨、銻、鎢、碲、鉍、鉬、銦以及7類中重稀土等品項，這些政策不僅引發材料市場供應緊張與價格波動外，亦全球產業供應鏈穩定性造成衝擊。由於這些礦物廣泛應用於半導體、人工智慧、綠能基礎建設及高科技國防系統等關鍵產業，攸關國家經濟與產業的安全發展，其供應議題已成為國際關注焦點。本文將聚焦於鍺金屬—一種在能源轉型與高科技技術發展中具有關鍵應用潛力的戰略資源，探討其全球市場動態，並分析我國鍺資源在光纖產品生命週期各階段的發展現況。

圖一 中國出口管制品項全球市占比(*為開採量，其餘皆為加工精煉產量)

資料來源：EU publications (2023/05)，工研院材化所整理(2025/09)
(圖片：istockphoto)

二、鍺的應用趨勢與全球市場動態

鍺是地殼中含量相對稀有的元素，礦石中濃度僅1.6 ppm，通常與鋅、銀、鉛、銅礦石共生形態存在，並以副產品的方式提取鍺，因此無法作為具經濟規模的獨立開採品項。2023年全球精煉鍺總產量約243噸，每公斤價格約1,392美元，市場規模約3.4億美元/年。中國是全球最大的鍺精鍊生產國，占全球產量83%，第二大生產國為加拿大11%，其他少量供應國家包括俄羅斯、美國、比利時、德國、日本及烏克蘭。2023年起，中國對鍺相關產品，包括金屬鍺、鍺錠、磷鍺鋅、鍺外延成長基板、二氧化鍺、四氯化鍺，開始進行出口管制，使得鍺價格2024年飆升達到每公斤2,100美元(圖二)。同時，金屬鍺和二氧化鍺(純度≧99.999%)價格亦上漲，金屬鍺價格從1,550美元/kg上漲至2,950美元/kg，二氧化鍺價格則從940美元/kg上漲至2,125美元/kg，顯示中國掌握全球精煉加工與出口權，為鍺市場的主導者。

圖二 歷年鍺價格

資料來源：:USGS(2024)，工研院材化所整理(2025/09)
註: USGS 「美國地質調查局」(United States Geological Survey)

鍺的生產過程會產出各種化合物及金屬材料，可應用於各種特定領域(圖三)。首先，鍺的源自鋅精煉殘渣、礦尾或煤灰地浸出回收程序，獲得精煉鍺後，再經過氯化、蒸餾與純化製成四氯化鍺，此為光纖製造所使用的關鍵原料。接著將四氯化鍺水解並乾燥，製成二氧化鍺粉末。含二氧化鍺的玻璃具有高折射率與高色散性質，可用於製造特定類型光學鏡片，也能用作聚酯(PET, Polyethylene Terephthalate, 聚對苯二甲酸乙二酯)製程中的聚合催化劑。而鍺金屬粉末則是透過二氧化鍺與氫氣還原反應製成，熔融後鑄造成一次還原鍺錠。鍺錠透過「區域熔煉(zone refining)」技術處理，藉由熔融與冷卻的程序分離與去除雜質，製成高純度電子等級的鍺金屬。經純化後的鍺金屬可用於晶體成長，廣泛應用於半導體或太陽能電池。鍺晶圓的直徑可達 300 公釐(12吋)，主要由比利時、美國、中國與俄羅斯等國的多家製造商生產。而這些晶體也可重鑄成適用於紅外光學設備之光學元件。

圖三 鍺生產流程圖

註：鍺酸鉍(Bismuth Germanate, BGO，Bi₄Ge₃O₁₂)、聚酯(Polyethylene Terephthalate，PET)

資料來源：RFC AMBRIAN(2025/04) ，工研院材化所整理(2025/09)
 

依終端應用，鍺的主要需求分布：光纖約26% 、紅外光學元件22%、PET 催化劑約20%，其餘電子產品 12%、太陽能 10%，而γ射線探測器則佔 5%。

圖四 鍺的應用需求分布

資料來源：RFC AMBRIAN(2025/04) ，工研院材化所整理(2025/09)

CRU Group指出，2023年全球鍺的總消費量約為220噸，並預測至 2030 年，年均複合成長率(CAGR)為 3.5%，需求將成長至 280 公噸，將超過全球鍺的精鍊量243公噸。根據Fraunhofer- ISI (2021)的研究，鍺於傳統電子工業領域(如電晶體生產)的重要性已逐漸下降，轉而集中於光學應用領域，由於其對紅外光的透光性，鍺被廣泛應用於夜視設備、熱成像攝影機等光學系統。而光纖電纜被視為未來最具成長潛力的鍺應用重點，在數位化5G/6G、人工智能(AI)的技術發展驅動下，現代通訊網路的核心區域，如電信公司、有線電視運營商及能源供應商的網路，幾乎完全採用光纖電纜。且隨著FTTx (Fiber To The x, 光纖到戶/大樓/企業)的普及，各國積極推動光纖取代銅線，提高寬頻覆蓋率，除了上述通訊技術外，光纖還應用於測量技術、醫療技術及高功率雷射領域。2030年僅光纖電纜應用便帶動鍺的需求，保守估計將成長近3倍的量(相較於2018年)，達到160噸。

隨著鍺的需求增加，中國出口管制導致國際市場供應愈發緊張，推升鍺價格波動風險。使資源匱乏的國家紛紛祭出因應的戰略作法，以提升該國關鍵礦產境內生產能力。以歐盟為例，其關鍵原材料法案(Critical Raw Materials Act, CRMA)在2024年正式立法生效後，今(2025)年3月更推出關鍵原料法(CRMA)策略項目，投資25億歐元支持項目涵蓋14種關鍵原料的發展，其中與鍺相關的兩項專案「GePETO」 和「ReGAIN」，皆由比利時Umicore廠商提出，前者著重於製程技術創新，以提高從現有原料中回收鍺的產量，以及為新的複雜廢物流開發新的回收技術(光纖電纜製程廢料回收鍺)，以支持循環發展並緩解原料短缺之困境；後者則是透過材料替代與技術創新，減少歐盟對鍺的依賴，特別是在光學、半導體和紅外線技術等應用領域，在成本和供應穩定考量下，探索利用其他金屬或化合物來製造紅外光學元件，或發展鍺晶圓生產過程中低材料損耗的工業技術化，特別是在衛星太陽能電池等高階應用。可見歐盟在強化鍺資源韌性上以發展回收技術作為確保供應穩定的關鍵手段，而替代材料的開發提供為降低資源依賴性的中長期解方。

目前鍺資源回收技術發展，來源包含煤灰、冶金副產物及報廢光纖等，回收技術包含火法冶金、濕法冶金、離子液體與低真空還原等方式，各項鍺回收技術發展整理如下表一：

表一 鍺回收技術發展

資料來源: Amit Kumar, Dhiman, S., Kumar, R., & Gupta, H. (2025)；工研院材化所整理(2025/09)

傳統鍺回收技術如火法焙燒與濕法冶金，雖具備工業基礎，但面臨能耗與污染問題；近年Amit Kumar 等人(2025）研究使用磷金翁型離子液體 Cyphos IL 104(以甲苯為稀釋劑)從廢光纖中成功回收高純度鍺。該技術在使用7 mol/L 鹽酸浸出後，經過兩階段逆流萃取及三階段逆流反萃，可實現超過99%的鍺回收率，最終合成高純度二氧化鍺，顯示此綠色回收技術具備良好的產業應用潛力，顯示鍺的回收技術正持續朝向高效率、環保化與經濟可行性發展。

而在替代材料/技術開發，亦有部分研究已著手尋求替代方案，例如：電子領域，以矽或砷化鎵等金屬化合物在高頻電子及特定發光二極體應用中作為鍺的替代品；在紅外線應用方面，硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)已被用於熱成像儀器，但可能會導致解析度降低；PET聚合催化劑中，目前則以銻和鈦催化劑取代鍺進行聚合作用。而衛星太陽能電池，雖暫無替代品，但已有鎵、銦替代鍺的相關研究正在進行。儘管鍺在部分應用中具備替代選項，但多數替代材料仍面臨生產效率降低或產品性能下降的問題。

三、台灣鍺資源流向及廢棄處理現況—以廢光纖為例

台灣缺乏鍺上游原料資源，進出口以中游加工材料為主，2024年進口總量僅2.6噸，金額達新台幣1.5億元；出口總量1.0噸，出口值0.2億元，是鍺材淨進口國，淨進口1.6噸。其中氧化鍺(63%)為主要進口品項，6成進口來自加拿大。由於鍺的下游應用較分散且回收難度高，因此本文以資料相對完整的光纖產業作為分析案例。依據2024年國內工業產銷存統計，光纜及光纖產業生產值為18.6億元，外銷值1.6億元，占8.6%，是以國內市場為主的內銷導向產業。依據海關進出口統計資料，85447000002光纖電纜與90011000009光纖、光纖束及光纖傳輸纜的進口量5,928噸，共47億元新台幣，約40~50%來自於中國進口；出口1,720噸，約37億元，6成出口至美國。

根據沈祐丞(2017)關於光纖產業鍺物質流分析與稀有資源管理之研究為推算基礎，2024年台灣光纖產業的鍺金屬物質流顯示(圖五)，相關原料、半成品(光纖、光纖束等)與成品(光纜)高度仰賴進口，其中鍺金屬年進口量為39,912kg、出口量8,125kg，系統中存量增加31,787公斤。中上游原料與半成品階段，可見進口原料與半成品鍺含量共13,838 kg，主要作為國內生產使用，占總進口量34.7%；產品製造與使用階段，成品進口26,074 kg多作為國內直接使用，占總進口65.3%；廢棄階段中鍺金屬含量為4,878 kg，包含半成品與產品生產階段所產生之下腳料為690 kg，占總廢棄量14%，其餘86%來自於老舊汰換的光纖電纜，鍺含量有4,188 kg。由於廢光纖電纜為列管事業廢棄物，依據環境部統計資料，有355kg流向境外處理，其餘4,522 kg則留在國內處理，多以物理方式像是粉碎、分離、分選等方式將金屬與非金屬區分後，非金屬部分集中焚化處理，金屬部分雖可回收再利用，但目前統計資料尚無再利用數據，表示國內針對廢光纖處理，在經過簡易的物理處理後，有可能進行焚化處理，又或者將金屬部分轉給具金屬加工處理技術的業者處理，這部分於環境部事業廢棄物統計上無法顯現。

若以2024年鍺平均價格每公斤2,100美元，將所有將廢光纖光纜資源化，除了可以減少有價資源流出355 kg*2,100美元/ kg=74.6萬美元(約新台幣0.24億元)，國內處理也能創造4,522 kg*2,100美元/ kg=949.6萬美元(約新台幣3億元)的價值。

圖五 2024年台灣光纖產業鍺金屬物質流

資料來源：經濟部工業產銷存統計、海關進出口統計、沈祐丞(2017)，工研院材化所整理(2025/09)

四、走向循環：建構鍺資源循環體系

今年4月，賴清德總統於氣候會議中提及「應以循環經濟作為抵禦碳關稅與非關稅壁壘的升級策略，強化供應鏈韌性。」突顯資源缺乏的台灣更需加速建構循環體系以因應挑戰。

台灣雖缺鍺等上游關鍵金屬資源，但具備材料加工處理及產品製造等技術能量，且擁有良好的資源循環體系。過去在鍺金屬回收，面臨廢棄量回收未達經濟規模，研發投入有限，以及再生料無法滿足製程要求等挑戰，以致於廢棄物回收後仍需輸出國外進行精煉與二次加工，無法形成完整的循環體系。然而，隨著AI應用推動及全球數位化進展下，各國在高效能數據中心的需求與通信網絡基礎設施的投資都將帶動全球光纖光纜的需求成長；國內亦有涵蓋電力基礎設施的電纜強韌計畫、光纜通道建設及高階光通訊技術等多個領域發展，這意謂著台灣內需將持續擴大。

在鍺需求快速成長、價格走高，全球面臨關鍵礦產斷鏈危機之際，正是台灣走向循環之路最佳時刻，若能及早投入鍺回收純化與再利用技術研發，使再生鍺能回到製程使用，建立鍺的自主循環體系，將有機會滿足國內光纖電纜的鍺需求量，減少原料進口依賴。