火星返回地球燃料不够?物理学家:锌和一台小设备就能制造甲烷火箭燃料

来源:前瞻网发布时间:2021-01-08

太空旅行者始终面临着一个紧迫问题:宇航员如何才能有足够的燃料从火星返回地球?现在加州大学欧文分校的物理学家着手解决这一问题。

火星返回地球燃料不够?物理学家:锌和一台小设备就能制造甲烷火箭燃料

多年来科学界一直在思考如何在这颗红色星球上制造甲烷燃料,但许多人提出的方法需要大型设备和多个步骤。

现在,UCI的Houlin Xin和团队设计了一种使用单原子锌催化剂的工艺,只需在一个小型便携式设备上一步就能完成。

这种方法从结构上分解锌,作为一种合成酶,催化二氧化碳(火星上发现的两种二氧化碳),从而启动制造甲烷燃料的过程。

在火星上制造甲烷作为火箭返程燃料的想法最初是由SpaceX首席执行官埃隆·马斯克构思的。

SpaceX公司的猛禽(Raptor)火箭将为前往火星的星际飞船提供动力,它就是靠甲烷驱动的,马斯克正在研究为火箭返回地球时补充燃料的方法。

马斯克提议利用太阳能基础设施发电,从而电解二氧化碳,当二氧化碳与火星上发现的冰中的水混合时,就会产生甲烷。

火星返回地球燃料不够?物理学家:锌和一台小设备就能制造甲烷火箭燃料

这一相同的方法,被称为“萨巴蒂尔过程”(Sabatier process),被用于国际空间站(ISS),将水转化为宇航员可呼吸的氧气。

萨巴蒂尔法使用镍催化剂在极高的温度和压力下与氢气和二氧化碳相互作用,这是一个需要在大型设施中完成的两步过程。

虽然在巨大的轨道实验室上取得了成功,但Houlin Xin知道这在火星上的效率并不高。而Houlin Xin所提出的过程占用空间更小,可以使用火星上的锌和二氧化碳等材料,也可以在极端环境下工作。

他说:“我们开发的方法绕过了水制氢的过程,而是高效地将二氧化碳高选择性地转化为甲烷。”

这个新的、更简单的方法的关键是发现了使用锌作为催化剂。他表示,从根本上说,锌是一种很好的催化剂。“它具有时间、选择性和便携性——这是太空旅行的一大亮点。”

尽管有了这一突破,但Houlin Xin所开发的工艺仍然是一个“概念验证”,这意味着它已经在实验室中成功制造出来,但还没有在现实环境中完成。 

他表示:“在这一技术完全实现之前,还需要大量的工程和研究。”但结果很有希望。

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