等离子体水不只能用于灌溉：现场固氮、食品清洗与PFAS处理的五大应用

2026/08/21

等离子体活化水除了可用于灌溉与农业种植，还能应用于哪些领域？

明尼苏达大学农业、食品与自然资源科学学院于2026年8月发布文章，介绍该校南方研究与推广中心与Plasma Blue合作开发的液相等离子体放电技术。研究团队正将等离子体技术应用于等离子体活化水、现场固氮、食品清洗、医疗器械消毒、PFAS处理及低碳生物柴油。

这项发展显示，等离子体水不再只是一种农业灌溉材料，还有望成为连接农业、食品、医疗、环境与能源领域的跨行业工艺技术。

参考资料：University of Minnesota and Plasma Blue Revolutionize Chemical Processing

什么是等离子体活化水？

等离子体活化水（Plasma-Activated Water，PAW）是利用等离子体与水或气液界面作用，在水中形成活性氧与活性氮物种。

根据设备、气体、水质及工艺条件不同，水中可能包含：

硝酸根（NO3-）
亚硝酸根（NO2-）
过氧化氢（H2O2）
羟基自由基（OH radical）
其他短寿命活性物种

这些成分可能具有抑菌、氧化、表面清洗或提供植物可利用氮源等功能。不过，活性物种的组成与浓度会随设备参数、原水水质、储存时间及施用方式而改变，因此不同应用需要分别建立适合的操作条件。

需要注意的是，“等离子体活化水”与“液相等离子体工艺”并不完全相同。前者主要指经过等离子体处理后含有活性物种的水；后者则是直接在液体或液流中利用等离子体引发化学反应，其应用范围可延伸至污染物分解与燃料生产工艺。

应用一：在农场现场产生活性氮

传统氮肥多由大型工厂集中生产，再经过包装、仓储及运输送至农场。液相等离子体技术则可利用空气、水与电力，将空气中的氮转化为溶于灌溉水中的含氮物种。

这种分布式固氮模式的潜在价值包括：

根据作物需求现场产生活性氮
降低部分传统氮肥使用量
减少肥料包装、储存与长途运输需求
搭配太阳能等可再生能源运行
提高偏远农业地区的农资供应韧性

目前，等离子体水更适合作为部分氮源或肥培管理工具，而不是直接取代所有肥料。磷、钾与其他微量元素仍须根据作物需求补充，实际替代比例也需要通过成分分析及田间试验确认。

应用二：清洗新鲜农产品与食品接触表面

明尼苏达大学的文章指出，等离子体活化水中所含的活性氧与活性氮物种，具有抑制细菌、病毒及真菌的应用潜力，可用于清洗新鲜农产品或食品加工环境。

与传统化学清洁方式相比，等离子体活化水的潜在优势包括：

可由水、空气与电力现场生产
减少部分含氯清洁剂的使用需求
活性物种可随时间衰减
适合整合至清洗、喷淋或循环水系统
可根据处理量调整设备与流量

实际导入食品生产工艺时，仍须验证目标微生物的降低效果、处理时间、水质变化、食品品质及相关法规要求，不能仅根据水中含有活性物种来判定清洗效果。

应用三：医疗器械与医疗环境消毒

等离子体活化水也正被评估用于医疗器械及医疗环境的清洁与消毒。其活性物种可与微生物的细胞膜、蛋白质及其他生物结构作用，提供一种不同于高温或传统化学药剂的处理方式。

这类技术受到关注的原因之一，是部分医疗材料不适合承受高温、高压或强腐蚀性化学药剂。若能在较低温度下完成处理，便可能扩大可处理材料与器械的范围。

但医疗应用的验证标准较高，仍需确认：

对特定病原体的降低能力
器械表面的处理覆盖均匀性
材料兼容性与腐蚀风险
活性物种浓度及有效接触时间
清洁、消毒或灭菌等不同等级的法规要求

因此，等离子体活化水具有医疗清洁与消毒潜力，但不能在未经完整验证的情况下直接宣称具有灭菌效果。

应用四：分解水中的PFAS永久化学物

PFAS是一大类具有高度稳定碳氟键的人工化学物，曾广泛应用于防水材料、防污织物、不粘锅及消防泡沫。由于不易在自然环境中分解，因此常被称为“永久化学物”。

明尼苏达大学与Plasma Blue正在测试将液相等离子体设备直接连接至受PFAS污染的水流。研究团队表示，等离子体产生的高能电子与活性物种可作用于稳定的碳氟键，使污染物在接近常温、常压的条件下分解。

与将污染物转移至其他介质相比，液相等离子体的目标是直接破坏PFAS的分子结构。模块化设备也可能设置于垃圾填埋场、渗滤液处理设施或污水处理厂，降低污染水长途运输的需求。

不过，PFAS种类众多，实际处理仍须检测：

不同PFAS化合物的去除与分解效率
处理后是否产生短链PFAS或其他副产物
单位水量的耗电量
初始浓度与处理时间
氟离子与总有机氟的质量平衡
扩大至连续流量系统后的处理成本

应用五：降低生物柴油生产工艺的碳排放

液相等离子体的另一项应用是加速生物柴油生产过程中的转酯化反应。传统工艺通常需要大型加热槽、天然气及化学催化剂，将植物油与甲醇或乙醇转化为生物柴油。

根据明尼苏达大学的文章，Plasma Blue利用等离子体在液流中引发反应，使部分反应可在极短时间内进行。若以电力取代部分天然气加热，并进一步搭配低碳或可再生能源，便有机会降低生产工艺的碳强度。

团队指出，该技术可使生物柴油工厂的碳强度评分最多降低2.5点。不过，这项数据仍须根据工厂规模、能源来源、原料种类、后续纯化及完整生命周期边界进行判断。

从集中生产走向现场模块化处理

上述五项应用具有一个共同方向：将原本集中于大型工厂的化学工艺，转变为可在使用地点运行的模块化设备。

其潜在效益包括：

现场生产、现场使用
减少部分化学品储存与运输
根据实际需求调整设备启停
搭配可再生能源降低用电排放
针对不同水质与应用调整工艺参数

但现场生产并不等于零碳或无风险。完整评估仍须纳入设备耗电量、电力排放因子、处理效率、耗材、维护需求、反应副产物及可替代的传统工艺比例。

等离子体水产业化的关键是可量化验证

等离子体水的价值不应只建立在“以空气和水生产”的概念上，而应通过数据回答以下问题：

水中会产生哪些活性物种？
各成分的浓度与有效时间是多少？
每吨水或每克有效成分需要多少电力？
对目标微生物、污染物或作物的效果如何？
处理后是否产生需要管理的副产物？
与现有工艺相比，实际能降低多少成本与碳排放？

只有结合成分分析、能源监测、应用试验与生命周期评估，才能推动等离子体技术从实验室成果走向稳定、可重复的产业应用。

馗鼎奈米的等离子体水应用方向

馗鼎奈米持续投入常压等离子体与等离子体活化水技术，可根据原水水质、处理流量、目标成分及使用场景，协助建立适合的设备与操作条件。

应用评估可涵盖农业固氮、灌溉、农产品清洗、环境处理及其他液相等离子体需求。实际效果仍应通过水质分析、目标物测试、能源记录与现场验证进行确认，以建立可量化且具有产业导入价值的解决方案。

参考来源：

University of Minnesota, College of Food, Agricultural and Natural Resource Sciences, “Northern Lights in a Bottle: University of Minnesota and Plasma Blue Revolutionize Chemical Processing,” August 18, 2026.

※本文根据公开资料整理。不同液相等离子体与等离子体活化水设备的反应机制、活性物种、能耗及处理能力可能存在差异；农业、食品、医疗及环境应用应根据实际设备、检测结果与相关法规进行评估。

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