即便在全球最乾旱的沙漠中，每天仍可以從MOF材料中提出7公升的水。示意圖。Greg Gulik by pexels
缺水、高溫已成為不可迴避的日常，但今年在唐獎得到永續發展獎肯定的美國學者亞基（Omar M. Yaghi），以畢生研究「超多孔結晶體」，給了世人這些問題的解方。
全球暖化已成為新日常，每一年夏天，氣溫都再創新高。不只這樣，世界各地也面臨水資源匱乏問題，即便是台灣、美國、英國這樣看似不缺水的國家，也會在2040年面臨危機。面對一連串環境巨變，人類該如何自處？
超多孔結晶體，捕捉碳和水的幫手
今年榮獲唐獎永續發展獎的美國國家科學院院士、加州大學柏克萊分校終身講座教授亞基（Omar M. Yaghi）給了振奮人心的答案——超多孔結晶體。
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亞基解釋，氫氣、甲烷、二氧化碳和水，因為體積小，所以很難控制。一旦能控制這些分子，以氫氣為例，如果能在室溫下儲存足夠氫氣，就可以解決清潔能源問題。
另外，如果可以從空氣中選擇性提取二氧化碳，或是在二氧化碳進入大氣前從燃煤電廠的廢棄中提取，就可以淨化空氣，應對氣候變遷問題。
甚至，如果人類懂得怎麼從空氣中提取水分，就可以製造飲用水，解決水資源不足的挑戰。
亞基表示，已經開發出全新方案，可以把任何分子以前所未有的方式組合，就像是鑽石中的碳原子一樣，有序結合在一起。
「網格科學」新知，創耐久結構
然而，這些分子要相互結合在一起時，過程有點隨機，需要好好控制它們之間的相互作用，找到適當的化學條件，才能讓它們如同拼圖一樣精確組合。
因此，亞基創造出被他稱為「網格科學」的新領域知識，就像織布一樣在分子層面進行編織，改變質料的性質。
而且，這些材料必須在電廠等環境中使用多年，不是一兩天而已，因此必須持久穩定。
亞基認為，方法其實很簡單。如果有機物是支柱，金屬離子是樞紐，在適當條件讓它們組織起來，就能形成穩定的晶體結構。
數十億孔洞，蒐集二氧化碳小分子
這些材料中，每個顆粒都充滿數十億的孔洞，而孔洞就能用來蒐集氫氣和二氧化碳的小分子。而如此特性，就能解決二氧化碳對環境帶來的衝擊。
亞基分析，二氧化碳問題可分成兩部份來看，一部份是我們是否能從空氣中捕捉二氧化碳，另一部份則是在二氧化碳進入大氣前，從排放源提前蒐集它。
他研發的材料，只是可以用來捕捉二氧化碳，將其儲存在孔洞中，而且可以進行500次循環，材料才逐漸分解。
MOF材料，每日自沙漠提7公升水
後來，他的團隊更設計出COFs（共價有機框架材料），與鑽石具有相同鍵合強度，即便是在充滿腐蝕的條件下，依然保持穩定，更適合在空氣中捕捉二氧化碳。
而這樣的技術，對於解決水資源匱乏也很有幫助。亞基舉例，在義大利羅馬，空氣中的濕度是20％，室溫約為30°C，現行技術要在這樣的環境中汲取水份，得先把空氣冷卻到4°C，非常耗能，在經濟上並不可行。
然而亞基設計的MOF（金屬有價空架），不只能從空氣中提取水分，讓水分集中在其孔隙中，而且只要降低幾度室溫就能取水，相較之下更具效益。
他估計，如果有一噸的MOF材料，沒有能源輸入的話，每天可提供3000公升的水，而且可以連續七年，都不用更換或維護MOF。換言之，每公升水成本僅1美分（約合新台幣0.316元）。
如果在電氣化系統中使用的話，效果更好，一噸MOF每天可提供6萬公升的水，成本不到2美分（約合新台幣0.632元）。
不少資料均顯示，到2030年，全球淡水需求將超過供應量四成，每個區域都會面臨水需求壓力。但有了MOF，即便在全球最乾旱的沙漠中，在最嚴酷的時期，每天仍可以從MOF材料中提出7公升的水。
「當我開始思考這項技術如何應用在社會時，我變得非常激動。」亞基表示，有了這項新技術突破，人類可以擁有獨立於自來水公司供水網路的水源。 「我花了25年才走到今年，幾乎把成年後所有時間都投入到這項工作。」亞基回想，四歲以後，人生都在為了這個目標而努力，AI則在近年來幫助此研究進展不少，「希望這項研究，可以用來解決當前面臨到的永續危機，」今年59歲的他語氣堅定說。