吸收CO2比樹木快百倍？這種黃色粉末或許是我們逆轉氣候變遷的最後一塊拼圖
利創智能圖靈學院
科楠老師
2025-12-10
前言：當「種樹」趕不上「排碳」
如果在 2025 年的今天，我告訴你，只需不到半磅（約 200 克）的一種黃色粉末，在一年內吸收的二氧化碳量，竟然等同於一棵生長了 20 年的成熟大樹，你會相信嗎？
這聽起來像是科幻小說的情節，但根據 Phys.org 本月引述的最新研究報導，這已是正在發生的科學事實。這項由加州大學柏克萊分校（UC Berkeley）傳奇化學家 Omar Yaghi 團隊開發的新型材料「COF-999」，正在重新定義我們對「碳捕捉」（Carbon Capture）的想像。
長久以來，我們應對氣候變遷的邏輯很簡單：減少排放，然後種樹吸收剩下的。但殘酷的現實是，樹木生長太慢，而我們排放太快。我們迫切需要一種「人工樹」，一種不知疲倦、效率極高且不會枯萎的碳吸塵器。今天，我想深入聊聊這項可能改寫人類氣候命運的技術突破，以及它為何被科學界譽為「直接空氣捕捉」（Direct Air Capture, DAC）領域的聖杯。
核心突破：什麼是 COF-999？
在深入討論其影響力之前，我們必須先理解它是什麼。COF-999 屬於一類稱為「共價有機框架」（Covalent Organic Frameworks, COFs）的材料。這並不是一個新名詞，化學界研究多孔材料已有數十年。想像一下，這種材料的微觀結構就像一個無限延伸的蜂窩，擁有巨大的表面積。如果你將一湯匙這種粉末的內部表面積攤開，它可能覆蓋一整個足球場。
然而，過去的類似材料（如金屬有機框架 MOFs）有一個致命弱點：脆弱。它們雖然能吸碳，但一遇到水氣或空氣中的汙染物就會分解，甚至在幾次使用後結構崩塌。
COF-999 的革命性在於它的「強韌」與「聰明」。
1. 強韌的骨架： 研究團隊利用堅固的碳-碳雙鍵和碳-氮鍵構建了它的骨架，使其在化學上極其穩定。即便在沸水、強酸或強鹼中，它依然屹立不搖。
2. 聰明的捕手： 科學家在這些微小的孔洞內壁「裝飾」了胺基（amines）。這些胺就像是帶有磁性的魔鬼氈，專門捕捉空氣中的二氧化碳分子。
Phys.org 的報導指出，這種材料在戶外真實環境下進行了超過 100 次的吸附-釋放循環測試，結果令人震驚：效能零衰減。這在材料科學領域，幾乎是前所未聞的耐用度。
為什麼說它「快速」且「永續」？
這篇報導的標題特別強調了兩個關鍵詞：「Quickly」（快速）與「Sustainable」（永續）。這正是 COF-999 與傳統碳捕捉技術的分水嶺。
1. 速度：分秒必爭的吸碳效率
傳統的直接空氣捕捉技術（如瑞士 Climeworks 使用的液態胺技術），雖然有效，但捕捉速度受限於化學反應動力學。而 COF-999 展現了驚人的動力學優勢。
根據數據，當空氣通過這種材料時，它能在短短 18 分鐘內達到一半的飽和容量，並在兩小時內完全吸飽。這意味著，如果在工業設施中使用這種材料，我們可以進行極高頻率的「吸附-釋放」循環。一天之內，它可以反覆工作十幾次甚至更多。相比之下，一棵樹需要一整年的光合作用才能固定同等量的碳。
2. 永續：能源效率的降維打擊
這是我認為該研究最被低估的亮點。目前的工業碳捕捉往往是「能源換空氣」。為了把抓到的 CO2 從材料中「趕出來」（再生過程），通常需要加熱到 120°C 甚至更高。如果這些熱能來自化石燃料，那簡直是拆東牆補西牆。
COF-999 的再生溫度僅需 60°C。
這個數字非常關鍵。60°C 是什麼概念？這相當於一杯熱咖啡的溫度，或者是許多工業冷卻水、數據中心廢熱的溫度。這意味著，未來的大型碳捕捉工廠可能根本不需要額外燃燒能源，只需利用現有的工業廢熱即可驅動 COF-999 釋放二氧化碳。這將大幅降低營運成本（OPEX），讓碳捕捉在經濟上變得真正可行。
-「粉末」與「森林」的博弈：數據背後的意義
報導中有一個非常具象化的比喻：「200 克粉末 = 一棵大樹」。讓我們試著將這個數據放大到工業規模。如果我們建造一個裝填了 10 萬噸 COF-999 的工廠（這在現代化工產業中並非天文數字），理論上它每年可以從大氣中移除數億噸的二氧化碳。這不需要像造林那樣佔用廣大的土地，不需要灌溉，也不會因為森林大火而將儲存的碳一次性釋放回大氣。
當然，我並不是在鼓吹砍伐森林。森林生態系提供的生物多樣性、水源涵養功能是任何化學工廠無法取代的。但單純從「碳數學」的角度來看，依靠生物固碳已經無法跟上人類每年排放 400 億噸 CO2 的速度。我們需要工業級的解決方案，而 COF-999 讓我們第一次看到了將這場戰役「規模化」的曙光。
挑戰與隱憂：從實驗室到化工廠
在為新技術歡呼的同時，我們也必須保持清醒。從伯克利的實驗室到遍布全球的除碳工廠，中間還隔著巨大的「死亡之谷」。
針對這篇報導，我有幾個未被充分討論的擔憂：
1. 製造難度與成本： 雖然構成 COF-999 的元素（碳、氫、氮）很常見，但其合成過程涉及精密的化學反應。要將實驗室級別的合成工藝放大到百萬噸級別，且保持結構的完美一致性，是化工工程的一大挑戰。初期成本必然高昂，這需要政府補貼或碳權市場的強力支持。
2. 二氧化碳的去處： 假設我們真的捕捉了十億噸的 CO2，然後呢？我們需要龐大的基礎設施將其封存到地下（CCS），或者將其轉化為合成燃料（CCU）。如果後端的管線和封存設施沒有跟上，前端捕捉得再快也只是堆積庫存。
3. 環境影響評估： 這種聚合物粉末如果洩漏到環境中，會造成什麼影響？它的壽命雖然長，但終究有退化的一天，屆時如何回收處理？這些都是在商業化前必須解答的問題。
結論：氣候戰場的新武器
回到 Phys.org 的這篇報導，它之所以引起轟動，是因為它擊中了目前氣候科技最痛的痛點：耐用性與能耗。過去幾年，我們看過了太多「實驗室裡的奇蹟」，它們往往在走出受控環境後就因水氣、灰塵或高溫而失效。COF-999 的出現，證明了我們可以在分子層面上設計出既強韌又高效的機器。它告訴我們，化學不僅僅是製造污染的元兇，更是解決污染的鑰匙。
這項技術不會在一夜之間拯救地球。但它給了我們一個強有力的工具。如果說減排是「止血」，那麼像 COF-999 這樣的直接空氣捕捉技術就是「輸血」。在 2025 年這個氣候行動的關鍵節點，這份來自材料科學的禮物，或許正是我們避免氣候災難最需要的一線希望。
下一步是什麼？
對於關注綠色投資或科技趨勢的讀者，我建議密切關注該團隊後續的「模組化測試」進展。一旦這項技術進入試點工廠（Pilot Plant）階段，那將是碳捕捉產業真正的 iPhone 時刻。
參考資料：
1. Phys.org: "New construction material absorbs CO₂ and sets quickly for sustainable building"
2.Shuai Wang et al, Durable, high-strength carbon-negative enzymatic structural materials via a capillary suspension technique, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102564
