陽光碟機動科技：將海洋溶解碳轉化為工業原料的革命性突破

海洋作為地球上最大的動態碳匯，每年透過與大氣的交換作用吸收約4億噸二氧化碳。耶魯大學研究團隊近期開發出一套創新系統，能高效提取並轉化海水中的溶解碳，產出潔淨燃料與工業原料。這項刊登於《自然通訊》的研究突破，不僅能將海水轉變為永續的碳基產品來源，更有助於平衡海洋中的二氧化碳濃度。

主導這項計畫的耶魯大學化學與環境工程系教授、同時也是耶魯能源科學研究所成員的胡舒教授表示，這個系統本質上是「太陽能驅動的海洋碳捕捉與轉化技術」，簡而言之，就是「用陽光製造燃料」。研究團隊利用太陽能將海水中的溶解碳轉化為合成氣（主要成分為一氧化碳和氫氣），這種多功能化合物是生產高價值工業化學品與燃料的關鍵原料。

過往嘗試利用太陽能轉化海水溶解碳的研究面臨諸多挑戰，主要問題在於海水中碳酸根離子濃度極低，難以同時達成高能源效率與選擇性產物生成。此外，現有反應器多侷限於實驗室規模，若要真正實現從海水中提取二氧化碳，除了催化劑外，還需要能持續大規模運作的反應器設計。

胡教授團隊憑藉在光催化反應器設計領域的專業知識，開發出新型光電化學裝置。該裝置僅需陽光就能將海水中的溶解碳（主要是碳酸氫鹽）轉化為合成氣，其運作原理模擬海洋生態系統中的光合作用，太陽能轉換效率達0.71%，與海藻的碳轉化效率相當。

更令人驚豔的是，研究團隊發現儘管海水中碳酸鹽濃度接近零，但反應器內的流場設計能大幅影響反應選擇性。在靜態海水中，產物的一氧化碳含量僅3%；但在反應器內受控的流動條件下，一氧化碳比例激增至21%。

研究共同作者、胡教授實驗室研究生石翔解釋：「這就像一場完美配合的接力賽，陽極將質子和二氧化碳傳遞給陰極，後者衝向終點線完成轉化，這種協同作用讓整個反應高效完成。」團隊透過精心設計反應器流道，讓海水先流經陽極區產生氧化反應釋出質子，這些質子隨水流觸發碳酸氫鹽轉化為溶解二氧化碳的連鎖反應，最終在陰極區被還原。

透過這種創新方法，團隊不僅成功從海水中去除二氧化碳，更能直接利用陽光將海洋資源轉化為燃料。下一步，研究人員計劃最佳化系統技術，最終發展為工業級大型反應器。其模組化設計允許將這些流動單元組合成平方公尺規模的漂浮陣列，利用天然潮汐與洋流被動迴圈海水。

胡教授表示：「我們希望在海面建置大型漂浮反應器，直接利用陽光與海水生產太陽能燃料。」當海水流經這些反應器時，系統將持續在陽光作用下將溶解二氧化碳轉化為合成氣，這些氣體可收集後運往工業設施，用於後續化學合成或燃料生產。

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