解決太空氧氣難題！科學家發現用「磁力」製氧，效率竟提升 240%

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。

▲ 實驗顯示磁力將氣泡拉向兩側，提高電化學的效率。（Source：Ö. Akay et al. Nature Chemistry 2025 / Georgia Institute of Technology）

傳統做法的限制

在太空中生產氧氣的常見做法是電解水，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。

▲ 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 g。（Source：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：

• 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。
• 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。

• Using magnetism for more efficient oxygen production in space

（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖來源：pixabay）

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