創新化材助沙漠集水　美教授奪唐獎「永續發展獎」

圖文／鏡週刊

第6屆唐獎今（18日）公布得獎名單，「永續發展獎」由美國化學家奧馬爾．亞基（Omar M. Yaghi）拿下，唐獎肯定其在金屬有機及相關超多孔骨架材料上開創性的建樹，此種材料已廣泛設計成碳捕集、氫氣和甲烷儲存及乾旱地區集水之應用，對永續發展作出非凡貢獻。

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唐獎每2年舉辦一次，第1屆自2014年展開，今年已是第6屆，今起一連4天揭曉各獎項得主。永續發展獎部分由奧馬爾･亞基獲得，他是美國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、柏克萊勞倫斯國家實驗室資深科學家、柏克萊全球科學學院首任主任，也是柏克萊巴卡學院的首任共同主任及首席科學家，曾獲頒17個國家的重要獎項及擁有60項美國專利。

亞基開創的化學新領域—網格化學，以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，且運用此材料的多功能特性來捕捉、集中及利用二氧化碳、氫氣、甲烷及水等4種對地球永續發展有最大影響的小氣體分子，對解決當今世界邁向永續發展所面臨迫切的能源、環境及水資源問題等永續發展目標（SDGs），均提供嶄新解決方法。

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作為MOFs和COFs材料創始人之一，亞基是最先將此前瞻性新材料應用到永續發展領域的科學家並展現具體驚人的成果：在二氧化碳捕集方面，使用特定MOFs材料的容器，在常溫下即能增加18倍的儲存量；經過化學方式修飾過的MOFs和COFs材料，更可從燃燒氣體中精準捕集大量二氧化碳，目前MOFs已應用在加拿大水泥廠的排氣口。

在甲烷儲存方面，在常溫及安全氣壓下，含有MOFs材料的容器可以比一般容器多出3倍的儲存量；在氫氣的儲存方面，做為乾淨能源，氫氣儲存不易且具高危險性為其限制，但使用MOFs和COFs材料後，在77K（絕對溫度）及100大氣壓此困難度不高的條件下，即可安全、穩定地儲存12重量百分比的氫氣，是項非常有用的技術。

在缺水地區集水方面，亞基僅用1公斤的MOF材料，只需有平常的陽光，就可在沙漠等低濕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所訂定的飲用水標準。近幾年，亞基和美國通用電器公司和新創公司合作，製造可攜式的MOFs集水裝置，以節能及較經濟的方式，成功在沙漠地區每日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「Water Independent」目標。

亞基開創及設計的MOFs和COFs新材料具有諸多優勢，其材料擁有破紀錄的孔隙度，堅固而具有高結晶度，並有可達數噸的高擴展性。其設計的集水裝置，經測試在3萬週期的使用後仍能維持最佳成效。同時，其化學結構能像樂高玩具般，在分子層次上靈活設計、修飾以因應不同使用目的。

相關研究成果不僅在基礎科學上有開創性的成果，更快速展現在永續發展的實際應用上，如與德國知名的巴斯夫集團（BASF）等公司產學合作，量化生產。至今全球有數百個實驗室，藉由亞基發展出的材料及技術，積極投入清潔能源、清潔空氣和純淨飲用水等應用。另像是國際化學、材料及汽車製造集團及30多家新創公司，也推出相關方案及產品，目前估計全球由網格化學所產出的MOFs及COFs材料超過10萬種。

根據美國道瓊公司轄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2億7,000萬美元，2022年更達到了3億5,000萬美元，甚至應用到醫學領域，這項新興技術目前仍在持續蓬勃發展，未來擁有無窮潛力。預計到2030年，市場價值將超過10億美元。

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