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全球趨勢

缺水危機有解!美化學家創「網格化學」可從沙漠空氣取水獲頒唐獎

唐獎基金會18日公布第六屆「永續發展獎」,得主為美國化學家亞基(Omar M. Yaghi)。唐獎基金會提供

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唐獎基金會6月18日公布第六屆「永續發展獎」,得主為美國化學家亞基(Omar M. Yaghi),他開創的新領域「網格化學」,針對解決當今世界邁向永續發展時,必須面臨能源、環境及水資源等迫切問題等永續發展目標(SDGs),提供了嶄新的解決方法。

2050淨零排放,是全世界的共同目標,而亞基在金屬有機及相關超多孔骨架材料上的開創性建樹,對永續發展作出非凡的貢獻。 

亞基是加州大學柏克萊分校化學系詹姆斯與內爾蒂崔特獎座教授,同時也是柏克萊勞倫斯國家實驗室資深科學家,曾獲頒17個國家的重要獎項,並擁有60項美國專利。 

成功在沙漠空氣中收集水氣,獲美電器公司青睞 

亞基開創的網格化學,以一種新的合成方式生成材料,透過強鍵結合力,將有機和無機單元編結成為堅固的多孔結晶金屬有機骨架(MOFs)及共價有機骨架(COFs)材料,並運用這個材料的多功能特性來捕捉、集中和利用二氧化碳、氫氣、甲烷及水等四種對地球永續發展有最大影響的小氣體分子。  

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亞基開創的網格化學,以一種新的合成方式生成材料。取自唐獎官網
圖/亞基開創的網格化學,以一種新的合成方式生成材料。取自唐獎官網

亞基的研究成果,也展現在永續發展的實際應用上,美國道瓊公司旗下的市場觀察網站數據顯示,以亞基發展的科技為主題,估算出2021年,MOFs和COFs的市場規模是2.7億美元,2022年更達到3.5億美元,預計到2030年,市場價值將超過10億美元。 

其中令人印象深刻的是集水,在缺水地區,亞基只用1公斤的MOF材料,再加上平常的陽光,就能在沙漠等低溼度的空氣中收集水氣,使其集中在MOFs的孔隙內,且水質遠超過美國食品藥物管理署及環保署訂定的飲用水標準。 

亞基只用1公斤的MOF材料,再加上平常的陽光,就能在沙漠等低溼度的空氣中收集水氣。取自唐獎官網
圖/亞基只用1公斤的MOF材料,再加上平常的陽光,就能在沙漠等低溼度的空氣中收集水氣。取自唐獎官網

近幾年,亞基與美國奇異公司(GE)及其他新創公司合作,製造可攜式的MOFs集水裝置,以節能及較為經濟的方式,成功地每天在沙漠地區收集數百公升的飲用水,滿足一家一日的用水量。 

亞基曾公開表示,空氣中的含水量,幾乎相當於地表所有河流及湖泊淡水的量,希望藉由科技,去幫助缺水地區達到「水獨立」(Water Independent)的目標。

「在某些國家雖然有很多溼氣,水卻不一定乾淨,」亞基說:「在美國,每次打開水龍頭,心裡的第一個問題就是,這水乾淨嗎?是從哪裡來的?所以我認為,不僅在乾旱地區的空氣中提取水分很重要,即使在潮溼地區,人們對水的純度也有疑問。」 

反觀我們台灣,雖然降雨量多,但也常面臨缺水危機,「護國神山們」的用水需求也不小。這項技術,或許也能提供台灣借鏡。 

幼時成長背景讓亞基有切身之痛  

出身約旦郊區沙漠中的難民家庭的亞基,對缺水和貧窮有切身之痛,因此,深刻體認到科學與研究,對改變機會匱乏地區生活的重要性。 

針對全球2050淨零轉型的目標,亞基抱持樂觀的態度看待。 

「回顧人類歷史,每當出現問題時,人類就會思考出解決方案,因此,我對淨零轉型感到樂觀。」 

對全球2050淨零轉型的目標,亞基抱持樂觀的態度看待。唐獎基金會提供
圖/對全球2050淨零轉型的目標,亞基抱持樂觀的態度看待。唐獎基金會提供

此外,亞基也不吝於提攜各國後進,全球MOFs和COFs的廣泛應用,使亞基擁有協助不同國家新秀學者參與研究的途徑,他在加州大學柏克萊分校創立「柏克萊全球科學學院」,發展出獨特的「引路人計畫」,並在越南、馬來西亞、約旦、沙烏地阿拉伯、阿根廷及墨西哥等研究中心執行,邀請當地的年輕學者加入研究,透過引路人計畫改變自己,也對解決更廣泛的社會問題做出貢獻。 

完成MOFs和COFs的研究後,亞基認為接下來的挑戰,將是引入AI來加速新材料的發現,這樣一來,更多人,特別是年輕學者,就可以參與其中,他們不但可以創造自己的材料,還能想像和製作它們,還不需要太多開銷成本。 

「我的夢想是,讓化學能在全世界被更廣泛地使用,」亞基說。

延伸閱讀:獨家專訪〉唐獎得主薩克斯:從東亞引領能源轉型,台灣是全球永續關鍵要角

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