|
Ракетное топливо можно получить из воздуха Марса
|
|
|
|
В то время как NASA готовится отправить людей на Марс уже в 2030-х годах, исследователи из Университета Миссисипи работают над решением одного из ключевых вопросов: как они будут возвращаться обратно? Чтобы преодолеть миллионы километров до Марса, потребуется огромное количество топлива. На обратный путь может уйти столько же или даже больше. Вместо того чтобы тащить такое количество топлива через всю галактику, исследователи совершенствуют технологию, которая позволит будущим астронавтам производить ракетное топливо из ресурсов, уже имеющихся на Красной планете.
|
|
|
|
«Невозможно доставить с Земли всё необходимое, потому что каждый дополнительный килограмм увеличивает стоимость и сложность запуска, а также усложняет преодоление земного притяжения, — говорит Ахмед Бадрельдин, доцент кафедры химической инженерии. — Поэтому возникает вопрос: как производить топливо и химические вещества, необходимые для освоения космоса, из ресурсов, уже имеющихся в месте назначения?»
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале ACS Catalysis, Бадрельдин и Картер Расин, аспирант кафедры машиностроения Техасского университета A&M, показали, что будущие астронавты смогут производить топливо из разреженного марсианского воздуха.
|
|
|
|
Атмосфера Марса примерно на 96% состоит из углекислого газа, одной из молекул, которые люди выдыхают при дыхании. Используя медный катализатор, который в 100 000 раз меньше толщины человеческого волоса, исследователи показали, что углекислый газ может быть преобразован в метан.
|
|
|
|
|
|
|
"Наша работа заключается в том, чтобы, в основном, извлекать CO2 и использовать электроэнергию для преобразования его в углеродсодержащее топливо и химикаты", - сказал Расин. "Мы хотим это сделать, потому что сейчас многие из этих продуктов на основе углерода в конечном итоге получают из первичных ископаемых ресурсов.
|
|
|
|
"Если мы сможем производить их, используя улавливаемый CO2 и возобновляемую электроэнергию, это может снизить зависимость от первичного ископаемого углерода и помочь замкнуть углеродный цикл".
|
|
|
|
Другие технологии могут обеспечить такую же реакцию, но эти методы часто приводят к образованию множества нежелательных побочных продуктов, - сказал Бадрелдин.
|
|
|
|
"Основные технические проблемы, связанные с применением на Марсе, заключаются в том, что вы не можете использовать такую же обширную инфраструктуру разделения и очистки, как у нас на Земле", - сказал исследователь Ole Miss. "На Земле вы можете разделять полезные и нежелательные продукты, но на Марсе продукт в конечном итоге должен быть близок по чистоте к топливному компоненту".
|
|
|
|
Медные катализаторы, которые разрабатывают исследователи, предназначены для получения метана с высокой селективностью, что снижает нагрузку на последующую очистку.
|
|
Потенциальные области применения за пределами космических полетов
|
|
|
|
По словам исследователей, эта технология может быть полезна и на Земле. Метан является основным компонентом природного газа и используется для производства топлива и промышленных химикатов.
|
|
|
|
«На Земле сейчас большой интерес вызывает использование метана в качестве сырья для производства более ценных химических веществ, таких как спирты, — говорит Бадрельдин. — Если метан можно будет производить на месте из CO2, а затем перерабатывать на месте, это позволит наладить более распределенное производство топлива и химических веществ, не полагаясь только на крупные централизованные предприятия».
|
|
|
|
По словам Бадрельдина, идея использовать эту технологию для удаления огромного количества углекислого газа из атмосферы Земли, где этот парниковый газ удерживает тепло и способствует глобальному потеплению, весьма привлекательна, но технология пока не готова.
|
|
|
|
«Если вы извлекаете CO2 из атмосферы, чтобы получить метан, а затем сжигаете его в качестве топлива, то получаете тот же CO2, — говорит он. — Это нулевой баланс. По сути, вы замыкаете цикл.
|
|
|
|
В конечном счете нас интересует, сможем ли мы перейти от простого рециклинга CO2 к технологиям с отрицательным балансом выбросов». Это означает использование CO2 в качестве источника углерода при его переработке в продукты, в которых углерод хранится или используется достаточно долго, чтобы не сразу попасть обратно в атмосферу".
|
|
|
|
Совершенствование процесса также может принести пользу отраслям, которые трудно подключить к электрическим сетям или батареям, таким как авиаперевозки.
|
|
|
|
"На самом деле вы не можете установить большую и тяжелую батарею на самолет, потому что он не сможет летать очень хорошо или улетать очень далеко", - сказал Расин. "Обезуглероживание этой отрасли затруднено, несмотря на то, что в этом есть большой интерес, из-за связанных с этим логистических ограничений.
|
|
|
|
"Но мы могли бы прямо сейчас использовать синтетическое углеродное топливо в одном самолете, и он летал бы так же хорошо без использования ископаемого топлива".
|
|
|
|
Выясняя, как улучшить преобразование углерода на Земле, исследовательская группа Бадрелдина также планирует протестировать свой нынешний метод с использованием различных материалов для улучшения производства метана на Марсе благодаря гранту от Миссисипского НАСА EPSCoR на развитие исследовательской инфраструктуры.
|
|
|
|
"Настраивая структуру катализатора и условия локальной реакции, мы стремимся улучшить активность, селективность по метану и долгосрочную стабильность, что очень важно для нашей работы", - сказал Бадрелдин.
|
|
|
|
Источник
|
