黃齊元觀點:從諾貝爾化學獎,看氣候變遷及碳匯市場的發展

2025-10-17 05:40
2025諾貝爾化學獎表彰三位得獎人在金屬有機框架(MOF, Metal-Organic Frameworks)材料上的開創性工作。圖為三位得主之一奧馬爾.亞基(Omar M. Yaghi)(圖/引自IUPAC)
2025諾貝爾化學獎表彰三位得獎人在金屬有機框架(MOF, Metal-Organic Frameworks)材料上的開創性工作。圖為三位得主之一奧馬爾.亞基(Omar M. Yaghi)(圖/引自IUPAC)

去年諾貝爾化學獎頒給DeepMind創辦人,主要是為了表彰其利用AI解決複雜的蛋白質結構,造成生物科技的突破與創新。今年諾貝爾化學獎也非常有意思,得獎者跟氣候變遷彼此有關聯,諾貝爾獎釋放了對氣候變遷重要性肯定的信號,評委會強調其環境應用價值。

2025年諾貝爾化學獎授予了三位科學家 Susumu Kitagawa(日本)、Richard Robson(澳大利亞)和 Omar Yaghi(美國),以表彰他們在金屬有機框架(MOF, Metal-Organic Frameworks)材料上的開創性工作。這一材料因其在吸附、存儲氣體與淨化環境中展現出的巨大潛力,尤其在二氧化碳捕捉、空氣/水淨化等領域引發業界高度關注。

諾貝爾委員會稱,這類材料就像哈利·波特中 Hermione的魔法手袋:外形小巧但內部空間極為龐大,能夠儲存和處理大量分子。MOF材料具有很多獨特優點,使其在環境淨化技術中成為非常有前景的“新材料武器”:高比表面積與高孔隙度。

金屬有機框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)與碳捕捉與封存(Carbon Capture and Storage, CCS)有密切的關聯,特別是在二氧化碳捕集(COcapture)領域。MOFs是由金屬離子或金屬簇與有機配體組成的高度結構化材料,具有非常高的比表面積、可調節的孔徑結構以及靈活的化學性質,這些特性使得 MOFs在捕集氣體(特別是 CO)方面具有極大的潛力。

MOF的結構由金屬離子或團簇與有機配體連接,形成晶體網絡。其內部孔隙極多,比表面積極大。這意味著,即使是很小體積的 MOF,也可以接觸並捕捉大量氣體分子,如二氧化碳。MOF具有可調性與選擇性強的特點。透過設計不同的金屬中心、有機鏈、孔道結構與功能化基團,MOF可以針對不同分子(例如二氧化碳、水或污染物)進行「定向捕捉、分離、儲存、催化」等應用。

MOFs的比表面積通常可達數千平方米每克,這意味著它們能夠容納大量的氣體分子。在 CO捕集應用中,這使 MOFs成為理想的材料,因為它們能夠提供大量的吸附位點。

除了二氧化碳,MOF被證明可用於從空氣中收集水、從水中去除有機污染物和「永遠化學物」 (PFAS)、淨化毒物等。諾貝爾獎評述特別提及了這些環境應用。碳補集與封存CCS為目前全球碳清除碳權項目裡價錢最高,也是全球科技業投入資金最多的碳權項目。

2025年諾貝爾化學獎公佈,由日本、澳洲與美國三名學者共享桂冠。(美聯社)
2025年諾貝爾化學獎公佈,由日本、澳洲與美國三名學者共享桂冠。(美聯社)

台灣過去雖然多次提及 CCS,包括賴總統在 「2024 年世界地球日」宣布上任後,將推動的淨零轉型五大策略中,第一項「能源轉型 2.0」亦涵蓋其中,然而相關計畫細節始終未見成形。
(相關報導: 張立荃觀點:淨零減碳不能靠口號,從你我日常生活做起 更多文章

除了碳捕捉,最近另外一個熱門的議題是碳匯。全球自然碳匯市場指的是利用自然環境來吸收和儲存二氧化碳(CO),如森林、海洋、濕地和草地等生態系統。隨著全球對應對氣候變遷的需求增加,自然碳匯成為減碳的有效途徑之一。這一市場主要涉及兩個層面:

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