臺北市立天文科學教育館-天文新知-用磁鐵在太空中更高效率地產生氧氣 上版日期：114-08-20 https://tam.gov.taipei/News_Content.aspx? n=EF86D8AF23B9A85B&sms=F32C4FF0AC5C2801&s=769D7093ED622D06 https://reurl.cc/GNnaby 自從1960年代第一位人類進入太空以來，一項關鍵技術問題始終難以突破：如何在太空中 高效率且穩當地製造氧氣。目前，國際太空站（ISS）依賴沉重且耗費龐大能量的系統（ OGS），但這些巨大的裝置並不適合長時間以及距離更遙遠的太空任務。現在，一組來自 英國華威大學、德國不來梅大學應用太空技術與微重力研究中心（ZARM）以及美國喬治亞 理工學院的研究團隊，提出了一個相當簡單且優雅的解決方案，讓未來的氧氣製造更輕便 、更簡單、更永續：利用磁力。 傳統作法的限制 在太空中生產氧氣的常見作法是電解水，利用浸泡在電解液中的電極分解水分子成氫氣與 氧氣。然而，在微重力環境中，電解產生的氣泡並不會像在地球一樣上浮，而是黏在電極 上或懸浮於液體中。這使得電解系統必須使用複雜、龐大且耗能的流體管理設備避免這樣 的干擾。這對長時間任務來說極為不實用，因為在太空任務中，每一公斤酬載與每一瓦電 力都相當昂貴。 簡單卻強大的新方法 國際研究團隊在不來梅落塔（Bremen Drop Tower）進行的微重力實驗中，證明了只需設 置簡單的磁場，就能讓氣泡從電極分離出來而無需龐大設備。這項研究已發表於Nature Chemistry。 圖說：研究團隊使用德國不來梅大學ZARM的落塔重現微重力環境。實驗裝置安裝在艙體中 ，透過液壓控制系統彈射至塔頂高約120公尺處，然後落入減速容器中，自由落體總時間 長達9.3秒。自由落體過程中，最小g值約為10(-6次方)g。 Credit: ESA 研究團隊利用現有商用的永久磁鐵，開發出一套被動式相分離系統，能夠將氣泡推離電極 並集中到指定位置。為了達成這項突破，團隊發展了兩種方式互相輔助來收集電極產生的 氧氣氣泡： 1. 利用水在微重力下對磁場的自然反應：在微重力下，水會受磁力影響，研究團隊成功 引導氣泡朝指定的收集點移動。 2. 磁流體動力效應（Magnetohydrodynamic forces）：當磁場與電解作用所產生的電流 交互作用時，會在液體中產生旋轉運動，透過對流將氣泡與水分離。這種方式與國際太空 站使用的離心機效果類似，但完全依靠磁力，而非機械旋轉。 四年的合作研究成果 這項成果是四年國際合作研究的結晶。團隊早在2022年就已經提出這個概念（發表於npj Microgravity），並進行計算與數值模擬，之後持續發展出一套利用磁力將水分解為氧氣 與氫氣的系統。實驗證實磁力不僅能改善微重力環境下的氣泡脫附與移動，還能讓電池效 率提升多達240%，效率逼近正常地球環境。這項突破解決了困擾已久的太空工程難題，為 設計更強大與永續的太空生命維持系統開啟了新大門，推進未來載人太空任務的發展。研 究團隊的下一步計畫是在次軌道火箭飛行中驗證這套系統。（編譯／王庭萱） 資料來源：Phys.org 原始論文（開放取用）： Akay, Ö., Monfort-Castillo, M., St Francis, T. et al. Magnetically induced convection enhances water electrolysis in microgravity. Nat. Chem. (2025). [連結] - 心得： 原本電解水後產生的氣體，在無重力狀態下漂浮可能會阻礙電極，影響後續的電解作業， 所以需要複雜的人造水流來分隔出空氣， 不過運用水在無重力環境有磁感應之類的效果，文章沒寫得很清楚， 總之可以用磁鐵導引水流，讓空氣跟水分離。 想到新石紀裡面的台詞：science is elegant --

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 84.39.118.132 (香港) ※ 文章網址: https://webptt.com/m.aspx?n=bbs/sky/M.1755703010.A.0A1.html ※ 編輯: aurior (84.39.118.132 香港), 08/20/2025 23:17:18