「清除 CO2 的科學問題，已經解決了」—— 化學諾貝爾獎得主的大膽宣言

本文整理自 Nobel Minds 2025 座談會，2024 年 12 月於斯德哥爾摩皇家宮殿錄製。

「從大氣中清除多餘 CO2 的科學挑戰，我敢說，已經完成了。」

這句話出自今年化學諾貝爾獎得主 Omar Yaghi 之口。在斯德哥爾摩皇家宮殿的座談會上，他說得斬釘截鐵。

如果這是真的，那是一個足以改變世界的宣言。如果不是，那是一個科學家的過度樂觀。我想搞清楚他說的到底是什麼意思。

什麼是 MOFs？分子建築學的革命

Yaghi 和另一位得主北川進（Susumu Kitagawa）因為「金屬有機框架」（Metal-Organic Frameworks, MOFs）的研究獲獎。諾貝爾委員會稱之為「分子建築學」。

這個比喻很精準。想像你是一個建築師，但你建造的不是房子，而是分子層級的結構。MOFs 就是用金屬離子當「節點」，用有機分子當「樑柱」，搭建出一個立體的骨架。這個骨架有一個特殊的性質：它充滿了孔洞。

這些孔洞不是隨機的空隙，而是經過精密設計、大小一致的空間。你可以想像成一棟有無數房間的大樓，每個房間的大小、形狀都一模一樣，而且你可以決定房間裡要放什麼樣的「傢俱」——不同的化學官能基。

這意味著什麼？你可以設計出只讓特定分子進入的材料。就像一個超級挑剔的門房，只放 CO2 進去，把其他氣體擋在外面。或者只讓水分子進去，把沙漠空氣中的濕氣收集起來。

Yaghi 在座談會上說：「我們不只是創造了多孔的骨架，更重要的是，我們能夠在原子和分子的層級上精確設計、客製化這些孔洞的內部。」

一種材料的表面積可以大到什麼程度？一公克的 MOFs，攤開來的表面積可以超過一個足球場。這種極端的表面積，讓它能夠吸附大量的氣體分子。

從水泥廠到沙漠取水

這不是紙上談兵。Yaghi 說，MOFs 已經被部署在水泥工廠，用來捕獲煙囪排放的 CO2。這是商業應用，不是實驗室示範。

水泥生產是全球碳排放的大戶，約佔總排放量的 8%。如果每座水泥廠都能在煙囪端就把 CO2 攔下來，不讓它進入大氣，那是非常可觀的減碳效果。而且這種「點源捕獲」相對容易——CO2 濃度高，捕獲效率也高。

更厲害的應用是直接從空氣中取水。Yaghi 的團隊開發了一種 MOFs，能夠在沙漠的乾燥空氣中收集水分子，然後用太陽能加熱釋放出來，變成可飲用的水。這不是科幻，是他們已經做出來的東西。

「空氣無處不在，」另一位得主北川進說，「即使是最小的國家也能自由使用空氣。」他認為我們正在進入一個「氣體的時代」。19 世紀是煤炭的時代，20 世紀是石油的時代，21 世紀將是氣體的時代——而 MOFs 就是讓我們能夠駕馭氣體的關鍵技術。

那為什麼我們還沒解決氣候問題？

如果科學問題已經解決，為什麼大氣中的 CO2 還在增加？

Yaghi 的回答很直接：「我們科學家找到了解決方案，但社會必須有意願去採用。」他接著說，清除大氣中多餘的 CO2 是一個全球性問題，需要至少 G20 等級的國際合作。

這裡有一個數字值得注意：自從人類開始大規模燃燒化石燃料以來，我們已經向大氣中排放了超過 1100 Gt（十億噸）的 CO2。這是「多餘的」CO2，是造成氣候變遷的元兇，是我們必須想辦法清除的量。

從水泥廠煙囪捕獲 CO2 是一回事，從稀薄的大氣中把它抽出來是另一回事。大氣中的 CO2 濃度約 420 ppm，也就是每一百萬個空氣分子中只有 420 個是 CO2。要從這麼稀薄的濃度中捕獲 CO2，需要處理大量的空氣，這意味著巨大的能源消耗和成本。

MOFs 讓這件事變得可行，但「可行」和「經濟可行」之間還有距離。縮短這個距離需要的不是更多科學突破，而是資金、政策、和政治意志。

AI 正在加速這一切

座談會上，經濟學獎得主 Philippe Aghion 問了一個好問題：AI 能不能幫助你們的研究？

Yaghi 說，過去三年他已經把整個研究團隊轉型成 AI 驅動的模式。他們把實驗結果——包括成功的和失敗的——都餵給 AI 模型。這讓模型能夠預測哪些分子組合可能有效，哪些會失敗，大幅加速了發現新材料的過程。

「AI 能幫我們加速發現、幫我們規模化生產、幫我們找到更好的答案、幫我們問出新的問題。」Yaghi 說。

這呼應了一個更大的趨勢：AI 正在改變科學研究的方式。傳統上，科學家靠直覺和經驗來決定下一個實驗要做什麼。現在，AI 可以從海量的實驗資料中找出人類看不見的模式，建議更有希望的方向。

有人批評 AI 消耗太多能源，Aghion 提到這個疑慮。但他也指出，如果 AI 能幫助我們更快找到節能的解決方案，那麼它的能源消耗可能是值得的投資。Yaghi 的研究正是這個邏輯的具體例證。

科學家的責任與社會的選擇

Yaghi 在座談中說了一句意味深長的話：「這些 CO2 正在搞砸我們的星球。」（This CO2 is screwing up our planet.）

這種直白的語言在諾貝爾獎得主口中不常見。他顯然很急。科學這一端的工作已經做了，球現在在社會這一端的場上。

MOFs 能捕獲 CO2、能從空氣中取水、能過濾永久化學物質（PFAS）、能讓藥物精準送達特定器官、能延緩水果成熟。這些應用有些已經商業化，有些還在開發中。但技術本身已經存在。

「從科學的角度，清除大氣中多餘 CO2 的挑戰已經完成了。」Yaghi 這句話，現在看起來不是過度樂觀，而是一種沉重的宣告：科學家已經交卷了，剩下的是社會願不願意去做。

北川進用更詩意的方式說同樣的事：「我們正在進入氣體的時代。」煤炭時代、石油時代都創造了巨大的財富，也帶來了巨大的問題。氣體時代的技術已經準備好了。問題是，我們準備好了嗎？