台北市立天文科学教育馆-天文新知-用磁铁在太空中更高效率地产生氧气 上版日期：114-08-20 https://tam.gov.taipei/News_Content.aspx? n=EF86D8AF23B9A85B&sms=F32C4FF0AC5C2801&s=769D7093ED622D06 https://reurl.cc/GNnaby 自从1960年代第一位人类进入太空以来，一项关键技术问题始终难以突破：如何在太空中 高效率且稳当地制造氧气。目前，国际太空站（ISS）依赖沉重且耗费庞大能量的系统（ OGS），但这些巨大的装置并不适合长时间以及距离更遥远的太空任务。现在，一组来自 英国华威大学、德国不来梅大学应用太空技术与微重力研究中心（ZARM）以及美国乔治亚 理工学院的研究团队，提出了一个相当简单且优雅的解决方案，让未来的氧气制造更轻便 、更简单、更永续：利用磁力。 传统作法的限制 在太空中生产氧气的常见作法是电解水，利用浸泡在电解液中的电极分解水分子成氢气与 氧气。然而，在微重力环境中，电解产生的气泡并不会像在地球一样上浮，而是黏在电极 上或悬浮於液体中。这使得电解系统必须使用复杂、庞大且耗能的流体管理设备避免这样 的干扰。这对长时间任务来说极为不实用，因为在太空任务中，每一公斤酬载与每一瓦电 力都相当昂贵。 简单却强大的新方法 国际研究团队在不来梅落塔（Bremen Drop Tower）进行的微重力实验中，证明了只需设 置简单的磁场，就能让气泡从电极分离出来而无需庞大设备。这项研究已发表於Nature Chemistry。 图说：研究团队使用德国不来梅大学ZARM的落塔重现微重力环境。实验装置安装在舱体中 ，透过液压控制系统弹射至塔顶高约120公尺处，然後落入减速容器中，自由落体总时间 长达9.3秒。自由落体过程中，最小g值约为10(-6次方)g。 Credit: ESA 研究团队利用现有商用的永久磁铁，开发出一套被动式相分离系统，能够将气泡推离电极 并集中到指定位置。为了达成这项突破，团队发展了两种方式互相辅助来收集电极产生的 氧气气泡： 1. 利用水在微重力下对磁场的自然反应：在微重力下，水会受磁力影响，研究团队成功 引导气泡朝指定的收集点移动。 2. 磁流体动力效应（Magnetohydrodynamic forces）：当磁场与电解作用所产生的电流 交互作用时，会在液体中产生旋转运动，透过对流将气泡与水分离。这种方式与国际太空 站使用的离心机效果类似，但完全依靠磁力，而非机械旋转。 四年的合作研究成果 这项成果是四年国际合作研究的结晶。团队早在2022年就已经提出这个概念（发表於npj Microgravity），并进行计算与数值模拟，之後持续发展出一套利用磁力将水分解为氧气 与氢气的系统。实验证实磁力不仅能改善微重力环境下的气泡脱附与移动，还能让电池效 率提升多达240%，效率逼近正常地球环境。这项突破解决了困扰已久的太空工程难题，为 设计更强大与永续的太空生命维持系统开启了新大门，推进未来载人太空任务的发展。研 究团队的下一步计画是在次轨道火箭飞行中验证这套系统。（编译／王庭萱） 资料来源：Phys.org 原始论文（开放取用）： Akay, Ö., Monfort-Castillo, M., St Francis, T. et al. Magnetically induced convection enhances water electrolysis in microgravity. Nat. Chem. (2025). [连结] - 心得： 原本电解水後产生的气体，在无重力状态下漂浮可能会阻碍电极，影响後续的电解作业， 所以需要复杂的人造水流来分隔出空气， 不过运用水在无重力环境有磁感应之类的效果，文章没写得很清楚， 总之可以用磁铁导引水流，让空气跟水分离。 想到新石纪里面的台词：science is elegant --

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