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唐獎永續發展獎得主今揭曉 美國化學家以創新材料發展清潔能源、飲用水

美國化學家奧馬爾.亞基(Omar M. Yaghi)開創化學新領域—網格化學。圖/唐獎基金會
美國化學家奧馬爾.亞基(Omar M. Yaghi)開創化學新領域—網格化學。圖/唐獎基金會

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源自臺灣的世界大獎唐獎今(18)日揭曉,第6屆永續發展獎得主為美國化學家奧馬爾.亞基(Omar M. Yaghi),肯定他在金屬有機及相關超多孔骨架材料上的開創性,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,以材料優勢為永續發展課題提供新解方。

亞基教授的研究成果已快速展現在永續發展的實際應用,與德國的巴斯夫集團(BASF)等公司產學合作,量化生產。至今全球有數百個實驗室,藉由他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。一些國際化學、材料及汽車製造集團及三十多家新創公司,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。

在市值方面,根據美國道瓊公司轄下市場觀察網站數據顯示,以亞基教授發展的科技為主題,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,甚至應用到醫學領域等,預計到2030年,市場價值將超過10億美元。

亞基教授開創的化學新領域—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,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、甲烷及水等四種對地球永續發展有最大影響的小氣體分子,有助解決當今世界面臨迫切的能源、環境及水資源問題等永續發展目標。

亞基身為MOFs和COFs材料創始人之一,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,亞基教授僅用一公斤的MOF材料,在有陽光的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。近年,亞基教授和美國通用電器公司、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。

亞基教授曾公開表示,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,希望藉由科技幫助缺水地區達到「水自主」(Water Independent)的目標。

奧馬爾.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、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的首任主任,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。

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