電漿水不只能灌溉：現地固氮、食品清洗與PFAS處理的五大應用

電漿活化水除了可用於灌溉與農業栽培，還能應用在哪些領域？

明尼蘇達大學農業、食品與自然資源科學院於2026年8月發布文章，介紹該校南方研究與推廣中心與Plasma Blue合作發展的液相電漿放電技術。研究團隊正將電漿技術應用於電漿活化水、現地固氮、食品清洗、醫療器械消毒、PFAS處理及低碳生質燃料。

這項發展顯示，電漿水不再只是一種農業灌溉材料，而可能成為串聯農業、食品、醫療、環境與能源的跨領域製程技術。

參考資料：University of Minnesota and Plasma Blue Revolutionize Chemical Processing

電漿活化水是什麼？

電漿活化水（Plasma-Activated Water，PAW）是利用電漿與水或氣液界面作用，在水中形成活性氧與活性氮物種。

依設備、氣體、水質及製程條件不同，水中可能包含：

• 硝酸根（NO3-）
• 亞硝酸根（NO2-）
• 過氧化氫（H2O2）
• 羥基自由基（OH radical）
• 其他短生命週期的活性物種

這些成分可能帶來抑菌、氧化、表面清洗或提供植物可利用氮源等功能。不過，活性物種的組成與濃度會隨設備參數、原水水質、儲存時間及施用方式而改變，因此不同應用需要分別建立操作條件。

需要注意的是，「電漿活化水」與「液相電漿製程」並不完全相同。前者主要指經電漿處理後具有活性物種的水；後者則是直接在液體或液流中利用電漿引發化學反應，應用範圍可延伸至污染物分解與燃料製程。

應用一：在農場現地產生活性氮

傳統氮肥多由大型工廠集中製造，再經過包裝、倉儲及運輸送至農場。液相電漿技術則可利用空氣、水與電力，將空氣中的氮轉化為溶於灌溉水的含氮物種。

這種分散式固氮模式的潛在價值包括：

• 依作物需求現地製造活性氮
• 降低部分傳統氮肥使用量
• 減少肥料包裝、儲存與長途運輸需求
• 搭配太陽能等再生能源運轉
• 提升偏遠農區的農業資材供應韌性

電漿水目前較適合被視為部分氮源或肥培管理工具，而不是直接取代所有肥料。磷、鉀與其他微量元素仍須依作物需求補充，實際替代比例也需經成分分析及田間試驗確認。

應用二：清洗新鮮農產品與食品接觸表面

明尼蘇達大學文章指出，電漿活化水所含的活性氧與活性氮物種，具有抑制細菌、病毒及真菌的應用潛力，可用於清洗新鮮農產品或食品加工環境。

相較於傳統化學清潔方式，電漿活化水的潛在優勢包括：

• 可由水、空氣與電力現地製造
• 減少部分含氯清潔劑的使用需求
• 活性物種可隨時間衰減
• 適合整合於清洗、噴淋或循環水系統
• 可依處理量調整設備與流量

實際導入食品製程時，仍須驗證目標微生物的降低效果、處理時間、水質變化、食品品質及相關法規要求，不能僅以水中含有活性物種判定清洗效果。

應用三：醫療器械與環境消毒

電漿活化水也正被評估用於醫療器械及醫療環境的清潔與消毒。其活性物種可與微生物的細胞膜、蛋白質及其他生物結構作用，提供不同於高溫或傳統化學藥劑的處理方式。

這類技術特別受到關注的原因，在於部分醫療材料不適合承受高溫、高壓或強腐蝕性化學藥劑。若能在較低溫度下完成處理，便可能擴大可處理材料與器械的範圍。

但醫療應用的驗證標準較高，仍需確認：

• 對特定病原體的降低能力
• 器械表面的覆蓋均勻性
• 材料相容性與腐蝕風險
• 活性物種濃度及有效接觸時間
• 清潔、消毒或滅菌等不同等級的法規要求

因此，電漿活化水具有醫療清潔與消毒潛力，但不能在未經完整驗證的情況下直接宣稱具有滅菌效果。

應用四：分解水中的PFAS永久化學物

PFAS是一大類具有高度穩定碳氟鍵的人工化學物，曾廣泛應用於防水材料、防污織物、不沾鍋及消防泡沫。由於不易在自然環境中分解，因此常被稱為「永久化學物」。

明尼蘇達大學與Plasma Blue正在測試將液相電漿設備直接連接至受PFAS污染的水流。研究團隊表示，電漿產生的高能電子與活性物種可作用於穩定的碳氟鍵，使污染物在接近常溫、常壓的條件下分解。

相較於將污染物轉移至其他介質，液相電漿的目標是直接破壞PFAS的分子結構。模組化設備也可能設置於垃圾掩埋場、滲出水處理設施或污水處理廠，降低污染水長途運送的需求。

不過，PFAS種類眾多，實際處理仍須檢測：

• 不同PFAS化合物的去除與分解效率
• 處理後是否產生短鏈PFAS或其他副產物
• 單位水量的耗電量
• 初始濃度與處理時間
• 氟離子與總有機氟的質量平衡
• 放大至連續流量系統後的處理成本

應用五：降低生質柴油製程的碳排放

液相電漿的另一項應用是加速生質柴油製程中的轉酯化反應。傳統製程通常需要大型加熱槽、天然氣及化學催化劑，將植物油與甲醇或乙醇轉化為生質柴油。

根據明尼蘇達大學文章，Plasma Blue利用電漿在液流中引發反應，使部分反應可在極短時間內進行。若以電力取代部分天然氣加熱，並進一步搭配低碳或再生能源，便有機會降低製程的碳強度。

團隊指出，該技術可讓生質柴油工廠的碳強度分數最多降低2.5點。不過，這項數據仍須依工廠規模、能源來源、原料種類、後續純化及完整生命週期邊界判讀。

從集中製造走向現地、模組化處理

上述五項應用具有一個共同方向：將原本集中於大型工廠的化學製程，轉變為可在使用地點運轉的模組化設備。

其潛在效益包括：

• 現地製造、現地使用
• 減少部分化學品儲存與運輸
• 依實際需求調整設備啟停
• 搭配再生能源降低用電排放
• 針對不同水質與應用調整製程參數

但現地製造並不等於零碳或無風險。完整評估仍須納入設備耗電量、電力排放係數、處理效率、耗材、維護需求、反應副產物及可取代的傳統製程比例。

電漿水產業化的關鍵是可量化驗證

電漿水的價值不應只建立在「以空氣和水製造」的概念上，而應透過數據回答以下問題：

• 水中產生哪些活性物種？
• 各成分的濃度與有效時間是多少？
• 每噸水或每克有效成分需要多少電力？
• 對目標微生物、污染物或作物的效果如何？
• 處理後是否產生需要管理的副產物？
• 相較既有製程，實際能降低多少成本與碳排放？

只有結合成分分析、能源監測、應用試驗與生命週期評估，才能將電漿技術從實驗室成果推向穩定、可重複的產業應用。

馗鼎奈米的電漿水應用方向

馗鼎奈米持續投入常壓電漿與電漿活化水技術，可依原水水質、處理流量、目標成分及使用場域，協助建立適合的設備與操作條件。

應用評估可涵蓋農業固氮、灌溉、農產品清洗、環境處理及其他液相電漿需求。實際成效仍應透過水質分析、目標物測試、能源紀錄與場域驗證確認，以建立可量化且具產業導入價值的解決方案。

參考來源：

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.

※本文依公開資料整理。不同液相電漿與電漿活化水設備的反應機制、活性物種、能耗及處理能力可能不同；農業、食品、醫療及環境應用應依實際設備、檢測結果與相關法規進行評估。

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