Колония на Марсе: как сделать из рассола топливо и пригодный для дыхания воздух⁠⁠

Колония на Марсе: как сделать из рассола топливо и пригодный для дыхания воздух

30 ноября 2020 г., The Conversation

David Rothery, Professor of Planetary Geosciences, The Open University

NASA планирует высадить экипаж на Луну к 2024 году , а затем? возможно, в 2030-х годах на Марс. Когда-нибудь в обоих мирах у нас будут базы с постоянным экипажем. В отличие от первоначальных краткосрочных визитов, долгосрочные базы должны быть самодостаточными по как можно большему числу предметов первой необходимости.

Многие исследования были посвящены подготовке к использованию ресурсов на месте (ISRU), которые могли бы помочь в строительстве и поддержании лунной базы. Теперь аналогичные идеи для Марса выдвигает новое исследование, опубликованное в PNAS, предлагающее способ использования рассола, обнаруженного на Марсе, для создания топлива и пригодного для дыхания воздуха.

«Жить за счет земли» [за счет местных ресурсов] на Марсе будет даже важнее, чем на Луне, потому что Марс находится гораздо дальше, что соответственно увеличивает транспортные расходы и время на доставку [всего необходимого].

Одна из основных проблем с ресурсами — как обеспечить экипаж марсианской базы кислородом. У Марса только тонкая атмосфера с поверхностным давлением менее одной сотой земного. Хуже того, это 96% углекислого газа и всего около 0,1% кислорода. Атмосфера Земли на 21% состоит из кислорода. Марсоход NASA Mars 2020, Perseverance , который уже находится на пути к Марсу, содержит эксперимент под названием MOXIE , название которого изобретательно придумано в рамках эксперимента Mars OXygen In situ.

Научные инструменты на марсоходе Perseverance

Изображение: NASA/JPL (кликабельно)

Кислород из марсианского рассола

Однако появился новый способ, при котором для производства того же количества кислорода потребуется в 25 раз меньше электроэнергии. Независимо от того, используете ли вы солнечные элементы или радиоактивный источник для выработки электроэнергии, доступная мощность ограничена, поэтому это важное преимущество.

В новом исследовании команда из Вашингтонского университета в США демонстрирует, как можно эффективно использовать электролиз для одновременного получения кислорода и водорода из рассола. Оказывается, когда вы используете концентрированный раствор перхлората магния, довольно легко разделить водный компонент рассола на кислород и водород с помощью электролиза. Это может показаться экзотическим, но перхлорат магния — это то, что, по-видимому, содержит соленая вода на поверхности Марса и вблизи нее. Это видно, например, когда капли жидкости появились на опорах спускаемого аппарата NASA Phoenix , который приземлился на крайнем севере Марса в 2008 году. Марсоход Curiosity также обнаружил следы рассола перхлората кальция к югу от марсианского экватора.

https://thealphacentauri.net/69528-koloniya-na-marse-kak-sde...

Капли, предположительно представляющие собой раствор перхлората магния, на стойке посадочного модуля «Феникс» через восемь дней (слева), 31 день (в центре) и 44 дня (справа) после приземления. Фото: NASA / Лаборатория реактивного движения — Калифорнийский технологический институт / Аризонский университет / Институт Макса Планка.

https://www.nasa.gov/mission_pages/phoenix/main/index.html

Соли перхлоратов хорошо поглощают воду из сухой атмосферы, отсюда и капли на ногах посадочного модуля Phoenix. Они могут понижать температуру замерзания жидкости до −70°C, что предотвращает замерзание концентрированных перхлоратных рассолов даже при низких температурах на поверхности Марса. Есть места, где появление темных влажных полос считается сезонным выносом рассола на поверхность.

https://theconversation.com/nasa-streaks-of-salt-on-mars-mea...

Темные полосы на стене Juventae Chasma, возможно, сезонные просачивания рассола. Фото: NASA / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны

Новое исследование утверждает, что если вы приземлитесь там, где есть рассол, вы сможете производить столько кислорода, сколько захотите, при условии, что у вас неограниченное количество рассола и энергии. Прорыв в эффективности электролиза перхлоратного солевого раствора связан с составлением электрода, производящего кислород. Для этого в исследовании использовался ряд минералов под названием пирохлор , в данном случае состоящий из оксида свинца и рутения. Пирохлоры имеют широкий спектр технологических применений, включая, как в данном случае, «электрокатализатор», ускоряющий и упрощающий электролиз.

Практические варианты

Еще неизвестно, окажется ли электролиз марсианского углекислого газа методом MOXIE или электролиз марсианских рассолов с использованием пирохлора более практичным способом получения кислорода на Марсе. Водород от электролиза рассола — это бонус, который нельзя получить при электролизе углекислого газа, и, как указывается в исследовании, его можно использовать в качестве ракетного топлива. На самом деле, если вы хотите это сделать, вам нужно будет использовать кислород в качестве дополнительного компонента топлива. Но, по крайней мере, это дает вам выбор: дышать кислородом или использовать его в топливной смеси водород-кислород.

Ни один из вариантов не будет доступен в течение нескольких месяцев путешествия на Марс и обратно, для которого необходимо будет найти решения по переработке, как сегодня на Международной космической станции. Это также было бы важно на поверхности Марса.

Переработка расходных материалов на Международной космической станции.

Изображение: NASA (кликабельно)

https://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2005/mars...

Конечно, есть еще один способ пополнить запасы кислорода — выращивать растения на марсианской базе. Они могли бы поглощать углекислый газ, выдыхаемый экипажем, и высвобождать кислород путем фотосинтеза. Члены экипажа также могли бы есть некоторые растения, которые были бы желанным источником свежей пищи.

Это перевод статьи Mars colony: how to make breathable air and fuel from brine – new research

Дополнительная информация:

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=...

Новая технология позволит получить кислород и топливо из марсианских рассолов