Nowe urządzenie pomoże astronautom wydobywać paliwo powietrze i wodę z marsjańskiej solanki

Za nieco ponad dziesięć lat NASA planuje po raz pierwszy wysłać astronautów na Marsa. Ta misja będzie opierać się na dziesięcioleciach robotycznej eksploracji, zbieraniu próbek z powierzchni i wysyłaniu ich na Ziemię w celu analizy.

Biorąc pod uwagę ogromną odległość, wszelkie operacje na powierzchni Marsa będą musiały być maksymalnie samowystarczalne, co oznacza pozyskiwanie wszystkiego, co się da, lokalnie. Obejmuje to wykorzystywanie lokalnej wody do wytwarzania tlenu, wody pitnej i paliwa rakietowego, co stanowi wyzwanie, biorąc pod uwagę, że każda woda w stanie ciekłym na marsie najprawdopodobniej jest słona.

Na szczęście zespół naukowców z McKelvey School of Engineering na Washington University w St. Louis (WUSTL) stworzył nowy typ systemu elektrolizy, który może przekształcić wodę solankową w produkty użytkowe, a jednocześnie jest kompaktowy i lekki.

Zespołem kierował Vijay Ramani, profesor z Roma B. and Raymond H. Wittcoff Distinguished University. Dołączyli do niego Pralay Gayen i Shrihari Sankarasubramanian, dwaj badacze z Centrum Energii Słonecznej i Magazynowania Energii (SEES).

Tradycyjne elektrolizery wykorzystują energię elektryczną i ogniwa paliwowe wykonane z elektrolitu, które rozkładają związki chemiczne i łączą je ponownie, tworząc nowe.

Łazik Perseverance (który przybędzie na Marsa do 18 lutego 2021 r.) przeprowadzi eksperyment znany jako Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE), który będzie polegał na elektrolizerze tlenków stałych (SOEC) do zbierania gazu tlenowego z atmosferycznego dwutlenku węgla ( CO2).

Instrument MOXIE zostaje umieszczony w łaziku (NASA/JPL-Caltech)

Elektrolizery wodne wykorzystują podobny proces do chemicznej dysocjacji wody i wytwarzania tlenu i wodoru, z których ten ostatni może być wykorzystany do wytworzenia ciekłego wodoru lub paliwa hydrazynowego (N2H4). Niestety instrumenty te nie mogą pracować z solankami i są ograniczone do oczyszczonej, dejonizowanej wody. Jedyną inną opcją jest wcześniejsze usunięcie soli, co wymaga dodania odsalacza.

Opierając się na nowatorskim podejściu, zespół WUSTL był w stanie stworzyć pierwszy elektrolizer, który może współpracować z solankami, które są powszechne na Marsie. Jak powiedział Ramani w wywiadzie –  “Nasz nowatorski elektrolizer solanki zawiera anodę z pirochloru rutenianu ołowiu opracowaną przez nasz zespół w połączeniu z platynowo-węglową katodą. Te starannie zaprojektowane komponenty w połączeniu z optymalnym wykorzystaniem tradycyjnych zasad inżynierii elektrochemicznej zapewniły tak wysoką wydajność”.

Solanki marsjańskie zostały potwierdzone w ostatnich latach przez misje, takie jak Pheonix Mars Lander, który pobrał próbki marsjańskiej gleby w 2008 roku i zidentyfikował wysoki poziom soli po stopieniu zawartego w niej lodu. Podobnie, sonda Mars Express ESA odkryła kilka podziemnych źródeł wody, które pozostają w stanie ciekłym z powodu obecności nadchloranu magnezu. Z tych powodów system, który może pracować ze słoną wodą (nie polegając na dodatkowym przyrządzie do odsalania), mógłby znacznie usprawnić operacje na Marsie i w innych miejscach.

Jak wyjaśnił Sankarasubramanian, ich system nie tylko dobrze nadaje się do radzenia sobie z wodą marsjańską, ale w rzeczywistości działa z nią lepiej:

“Paradoksalnie, rozpuszczony w wodzie nadchloran i tak zwane zanieczyszczenia, faktycznie pomagają nam w marsjańskim środowisku. Zapobiegają zamarzaniu wody, a także poprawiają działanie systemu elektrolizera poprzez obniżenie oporu elektrycznego”.

Na podstawie wcześniejszych testów przeprowadzonych przez techników z Massachusetts Institute of Technology (MIT) elektrolizer MOXIE wykazał, że może wytwarzać do 10 g tlenu gazowego na godzinę przy użyciu mocy 300 watów.

Dla porównania, przyrząd opracowany przez Ramaniego i jego współpracowników był w stanie wyprodukować do 250 g gazowego tlenu na godzine przy użyciu tej samej ilości energii. Ponadto system funkcjonował w symulowanych warunkach marsjańskich – bardzo niskim ciśnieniu powietrza i temperaturach do -36 ° C, jak również w warunkach ziemskich.

“Nasz marsjański elektrolizer solanki radykalnie zmienia rachunek logistyczny misji na Marsa i nie tylko” – dodał Ramani. “Ta technologia jest równie przydatna na Ziemi, gdzie otwiera oceany jako realne źródło tlenu i paliwa”.

Pralay Gayen, adiunkt z tytułem doktora w grupie Ramaniego, dodał:

“Po zademonstrowaniu tych elektrolizerów w wymagających warunkach marsjańskich, zamierzamy również rozmieścić je w znacznie łagodniejszych warunkach na Ziemi, aby wykorzystać źródła słonawej lub słonej wody do produkcji wodoru i tlenu, na przykład poprzez elektrolizę wody morskiej”.

Na Ziemi elektrolizery wody morskiej mogą być używane na pokładach pojazdów podwodnych, aby umożliwić prowadzenie długich misji głębinowych. Mogłoby to również pozwolić na znaczną ekspansję w branży paliw alternatywnych, gdzie elektrolizery mogłyby tworzyć wodorowe ogniwa paliwowe z wody morskiej (które do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystują wodór i tlen gazowy).

 

Źródła: Matt Williams / Universe Today

Fuel and oxygen harvesting from Martian regolithic brine

New tech can get oxygen, fuel from Mars’ salty water

The Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment

2020 Mission Perseverance Rover

Phoenix Mars Lander

ESA – Mars Express 

SEES: A Consortium researching the challenges of solar energy and energy storage

Zdjęcia: NASA

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x