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火星上的水可以为火星殖民者提供燃料和氧气

2020 / 12 / 04新浪科技
Tags 火星
宇航员在火星上找水
宇航员在火星上找水

12月4日消息,一项新的研究发现,未来,火星殖民者可以利用火星上的盐水生产燃料和氧气。研究人员表示,这一进展背后的新技术还可以用在潜水艇上,以便用海水制造氧气。

在火星上生存,任何潜在的殖民者必须得有氧气来呼吸,得有燃料——如氢气——来为设备提供动力。因此,他们在火星上发现的任何水源都将是无价之宝,因为他们可以用电和其他办法将水分解成氢和氧。

圣路易斯华盛顿大学的化学工程师、研究高级作者维哈·拉马尼说:“火星距离地球遥远,而且我们能带去火星的补给也有限。如果我们可以就地取材,那这会比我们把什么东西都打包带去火星更加经济、可行。”

先前的研究已经发现,火星上有大量冰块。NASA的凤凰号火星探测器也发现迹象,表明在过去的几百万年中,火星的北极平原上覆盖着一层液态水。凤凰号还在火星土壤中发现了一种名为高氯酸盐的化合物。这种化合物的作用类似防冻剂,可将水的凝固点降至正常的零度以下。

由于含有水和高氯酸盐的盐水在火星表面的寒冷温度下,仍有可能保持液体状态,拉马尼和他的同事想知道,他们是否可以使用电解技术来分解水分子,从而产生氢气和氧气。(火星上的年平均温度大约为零下63℃,但一天中的温度变化可能超过100℃。)

“电解技术已有一百多年的历史,但大多时候,我们使用的液体都是纯水。”拉马尼说。

这张火星图中标注的区域为NASA航天器发现近地表水冰的位置。这些水源挖掘起来会比较容易。
这张火星图中标注的区域为NASA航天器发现近地表水冰的位置。这些水源挖掘起来会比较容易。

在先前的工作中,拉马尼和他的同事开发了一种名为“钌酸铅烧绿石电催化剂”的物质,这种物质可以电解海水。在这项新的研究中,他们的实验表明,这种催化剂也可以电解高氯酸盐盐水,在类似于火星表面的极低温度下,生成超纯净的氢气和氧气。

拉马尼说:“现在,我们已经知道火星上有盐水。因此,我们可以使用火星上的原料,来提取呼吸所需的氧气和用作燃料的氢气。未来执行任务时,宇航员无需再将这些补给带去火星。相反,他们可以使用我们的技术就地制造氧气和氢气。”

当然,没有电的话,这些化学反应就不会发生。但是,拉马尼指出,在火星上,太阳能电池或许可以提供电源。

此前,NASA毅力号火星探测器的“火星氧气现场资源利用实验”(MOXIE)表明,它可以用电将二氧化碳分解为氧气和一氧化碳。研究人员称,消耗同等的电量,新研究可产生的氧气将是MOXIE的25倍多,而且不会产生任何有毒的一氧化碳。

“当我们在谈到探索太空或探索月球或火星的表面时,涉及的技术从来都不只是一种,没有哪一种技术可以单独解决所有问题。”拉马尼说,“我们需要一系列相辅相成的技术,来让火星上的生活更加容易一些。我们也希望,我们的技术会成为其中之一。”

研究人员指出,这可以帮助NASA实现在本世纪三十年代中期将人类送上火星的目标。“我们希望,NASA会对这项研究感兴趣,愿意尝试扩大该技术的规模,进一步提高其性能,并在模拟火星环境的设施中进行演示。”

这种电催化剂在地球上也有应用价值。“如果在一艘潜水艇中,舱内氧气含量有限,而周围海水取之不尽,那么你可以吸入一些海水,然后将其分解,来获得新鲜氧气。”拉马尼说:“美国海军的现役潜水艇大多都是核动力潜水艇,因此不存在缺乏电力的问题。在陆地上的话,你也可以电解盐水来获得氢燃料。”