木炭與煤炭原本不是炭
「炭」與「碳」到底差別在哪？令人有些困惑！如果不那麼考究，筆者的見解是：早期常用炭，現今常用碳，傳統的技藝常用炭，現今的科技常用碳。再者，若聽到外國人說「charcoal」，那八成是炭；如果聽到「carbon」，那鐵定是碳。碳纖維（Carbon fiber）是近百年的科技顯學，科技人知道碳纖維如何使用，但不見得知道碳纖維如何製造。在談論「碳纖維原本不是一根碳」之前，先說明「木炭與煤炭原本也不是一塊炭」。
大火延燒了20棟木造老房子，而從之後的景象可看見，木造梁柱都變成了炭梁炭柱，不過它們的型態依舊。既然木造梁柱都是上乘好材（例如櫸木、檜木），當然可以說那些炭梁炭柱也是木炭，只是未經嚴謹的溫度與氣氛掌控下所形成的木炭。所有的木質素在燃燒的過程中若供給大量的氧氣，木質素都會燒成了「灰」，灰可以說是木質素在轉換成碳素時過度燃燒的產物。舉凡植物都含有木質素，例如竹子、椰子殼、棉花等。
知道木質素系（例如：橡木、孟宗竹、椰子殼）如何燒成炭之後，碳纖維如何燒出來就不難想像了。常聽到的備長炭就是用橡木燒製成的炭，其他如：竹炭就是用孟宗竹在窯爐內燒製成的炭，椰子殼燒製成的炭叫做椰殼炭。橡木、孟宗竹、椰子殼同屬木本質素系，它們都是炭或碳的前驅物。這些前驅物的炭化是不可逆的，也就是以現在的科技來說，竹炭是不可能再還原成孟宗竹，因為竹炭是孟宗竹經過化學反應徹底質變的結果。
製造竹炭用的傳統窯爐示意圖
燒炭工藝再怎麼傳統，除了薪材的本質好與壞之外，不外乎是溫度控制與氣氛控制。在高溫下反應後所留下來的碳成分通常必須超過70％以上，在本質上這當然與原來的木質素只有約30％的碳有很大的不同。
聽說過煤炭也是植物炭嗎？煤炭的形成是遠古森林或沼澤的植物在分解之前就被埋在地底下沉積而成。因為長期處於較高的地層溫度和壓力下，木質素用數萬年的時間慢慢地轉換成碳質。遠古植物遺骸埋在地層下，經過泥炭→褐煤→煙煤→無煙煤的「熟成」之後，碳質越來越高，甚至可以從無煙煤轉化成石墨結構。嚴格說來，煤炭是植物經由地熱、高壓等環境的作用下產生的化石。因此地底層可以說是一座又一座的地下窯爐。經由上述的說明，當然可以說木炭、煤炭原本不是炭，是木質素系的化合物。
碳纖維
前面介紹了木炭與煤炭，相信大家不再懷疑炭或碳是在一定的溫度─壓力─氣體環境下孕育出來的。碳纖維這門技術是高科技的代名詞，嚴格說來，碳纖維很難生產，但應用很廣，你可以輕易地找到碳纖維各式各樣的應用，但是很少揭露關於碳纖維的核心製程。原因是碳纖維的前驅物通常是合成出來的，每一種前驅物都是大企業的獨門秘方，歹竹（不好的前驅物）出不了好筍（優質的碳纖維）。
全世界的碳纖維90％以上的前驅物來自聚丙烯腈系，而前驅物來自於瀝青系與纖維素嫘縈系的則不足10％。大體上，三者仍有個別的特性分野，還不致彼此競爭。高強度需求者的原料以聚丙烯腈系纖維為主，高模數者則採用瀝青系纖維，特殊多孔化纖維則以嫘縈系纖維為主。
煉碳如煉鋼
每根碳纖維的直徑約5～10微米，碳原子晶體沿著纖維長軸方向排列，因此具有質輕強度高的優異特性。同體積下，碳纖維的重量是鋁的1∕2、鐵的1∕5，然而碳纖維的強度（抗拉強度）卻是鋼的10倍。
即使再過20年，碳纖維仍會是高科技的化身。聚丙烯腈系的前驅物牽動著全球碳纖維供給系統，初估每年都有10％的成長。這是因為汽車工業輕量化的蓬勃發展，以致碳纖維用量遽增，使得汽車產業成為碳纖維四大應用產業（包含儲能、航太、運動及汽車）之一。碳纖維市場推估到2018年總生產量會達8萬噸以上，相當於兩千多億日元，2020年產量將增至每年十數萬噸。
為滿足區域性需求，碳纖維的生產基地（指碳化製程，非前驅物生產製程）多位於歐美，主要是供應飛機機身用（碳纖維複合材料）。一直以來，聚丙烯腈系前驅物的核心技術幾乎由日本掌握，這些前驅物的生產廠商都是日本公司，而且他們不斷地併購。換句話說，再過20年，碳纖維的關鍵技術仍會由少數幾個國家所掌握。