一种新型装置将协助宇航员从火星上的盐水中提取燃料

 

文章介绍了研究人员为NASA以后载人上太空的计划设计了一个新型电解系统，这个系统可以将盐水转化为可用的产品，并且是紧凑和轻量级的。可以在火星上自给自足，更符合经济性原则。

 

NASA计划十年后首次将宇航员送上火星。该计划基于几十年来的机器探测的成果，即从火星表面搜集样本并送回地球进行研究。

考虑到距离遥远，任何在火星表面进行的操作都需要尽可能做到自给自足，即在火星上就地取材。

例如利用火星上的水制造氧气，饮用水，以及火箭燃料，由于火星上的液态水都是盐水，因此这些任务将是个挑战。

幸运的是，一个来自圣路易斯华盛顿大学Mcklvey工程学院的研究团队开发出一种新型电解系统，能将盐水转化为可直接使用的产品，且该系统同时具有轻巧便携的优点。

该团队由华盛顿州立大学能源、环境与化学工程系Roma B. 和Raymond H. Wittcoff

特聘教授Vijay Ramani.领导，团队成员为两位来自该校太阳能及能源存储中心的研究者Pralay Gayen 和 Shrihari Sankarasubramanian。

这种新型工具符合NASA 承诺的“现场能源使用技术”（ISRU），即未来的航天任务无需太依赖于能量补给。

相比目前的电解系统，新型电解工具更加有效和便携，这同样符合NASA及其它航天机构致力于减少发射有效荷载成本的想法。

传统的电解器依赖电力和电解液燃料电池将化合物分解，然后将其重新组合成新物质。

“毅力”号火星探测车（将于2021年2月18日抵达火星）正在进行一项被称为“火星

氧气原位利用” (MOXIE)的实验，利用一个固体氧化物电解池(SOEC)利用火星大气中的二氧化碳制造氧气。

MOXIE仪器被装入“毅力”号火星探测车(NASA/JPL-Caltech)

水电解槽以类似的方式将水分解并产生氧气(O2)和氢气(H2)，后者可以用于产生液态氢或

肼类燃料(N2H4)。

然而上述仪器仅限于使用纯净水或去离子水，对盐水则无计可施，唯一的方法是事先将水脱盐，这就需要再用到海水淡化器。

华盛顿州立大学研究团队通过运用新的方法，开发出第一台可以直接作用于盐水的电解器，而盐水在火星上随处可见。如Ramani在一次华盛顿州立大学刊物the Source的采访中所说：

我们的新型盐水电解器使用了钌酸铅烧绿石阳极（lead ruthenate pyrochlore anode）和铂碳阴极platinum on carbon cathode），这些精心开发的部件与传统电化工程的完美结合造就了这项杰作。

火星上存在盐水的说法近年来已被各项火星探测活动证实，其中凤凰号火星探测器于2008年带回火星土壤样本，在将样本中的冰融化后，发现其含盐量极高。

火星表面下水的（艺术效果图）（来自欧洲航天局）(ESA)

欧洲航天局的火星快车号同样在火星发现了几处地下液态水---它们之所以保持液态，是由于当地存在高氯酸镁。

因此，一个能够直接利用盐水的系统（不需依赖额外的脱盐装置）能够显著提升“现场能源使用技术”（ ISRU）所产生的效果，无论是在火星还是其它目标星球。

正如Sankarasubramanian所说，新系统不仅适合处理火星水，且很可以达到更好的效果。

“矛盾的是，溶解在水中的高氯酸盐，即所谓的杂质，在火星那样的环境中实际上起到了积极的作用。它可以使水免于上冻，并通过降低电阻的方式提升了电解器的工作性能。

据麻省理工（MIT）的技术人员之前进行的各种测试结果显示，MOXIE电解器可以用300瓦特电在一小时内制造的氧气可达10克（0.35盎司）

相比之下，Ramani及其同事所研制的设备在用电量相同的情况下可以达到每小时250克的氧气产出量（8.8盎司，或1/2磅），（更别提产出的氢气了）。

此外，新设备在模拟火星环境中，即气压极低，气温低至-36C (-33F)的条件下与在类似地球的环境中表现同样出色。

Ramani补充道：“我们的火星盐水电解器从根本上改变了去往火星及更遥远的星球的物流运算。”

“该项技术同样可以用于开发地球上的海洋，使其成为氧气和能源的来源。”

Pralay Gayen，Ramani研究小组的一名博士后补充道：“在将这些电解器用于严酷的模拟火星环境后，我们也计划将它们置于更温和的地球环境中，利用咸淡水或盐水制造氢气和氧气，例如通过电解海水的方式。“

在地球上，海水电解器可以被置于潜水器中用于执行一些远距离的深海任务。

它还可以大幅扩大能源产业范围，即电解器可以利用海水中制造氢气燃料电池（利用氢气和氧气发电）。

对上述发现的研究（名为“从火星上的角砾岩所含的盐水中收获能源与氧气），近期刊登在Proceedings of the National Academy of Science  (PNAS).周刊上。

 

by: MATT WILLIAMS

FY: sissimine

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