火星上幾乎沒氧氣,科學家開發新裝置提取鹽水轉換大量氧

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 01 日 16:05 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


如果人類要前往火星開拓,勢必不可能像出國搭飛機一樣說回來就回來,而是必須停留在當地一段時間探索和補充回程物資。當中,水與氧氣資源最為迫切,然而火星上氧氣極度稀缺,只能透過種植大量植物(釋出氧)或開發製氧設備。最近,華盛頓大學團隊開發了一種新的裝置,可以將火星上的鹽水轉換為氧氣。

火星大氣不只極度稀薄,其組成還有 95% 是二氧化碳、3% 氮氣、1.6% 氬氣,而氧氣只有 0.1%(做為參考,地球大氣中氧含量為 21%),可想而知,重度仰賴氧氣與水的人類前往火星後將面臨多嚴峻挑戰。想在火星直接找到氧氣幾乎是不可能的事,我們只能自己製氧,而作為製氧原料之一的水就成為人類在火星生存相當重要的來源。

根據過往研究,火星上很常見到過氯酸鹽(ClO4),這些鹽對水分子具親和力,隨著時間推移會收集水蒸氣並轉為鹽水,且能將液體凝固點降低至零下 70℃,即使在火星表面的極低溫環境下也可以防止鹽水凍結,一些證據已表明火星北極地表下有相當可觀數量的鹽水。

為了探討我們是否能利用這種資源,由華盛頓大學天文學家 Pralay Gayen 領導的團隊製造了一種電解裝置,兩極為鉑-碳陰極和特殊的鉛-釕-氧陽極,容器內添加高氯酸鎂鹽水,容器頂部填充純二氧化碳,形成類似火星的大氣,整個過程維持在零下 36℃,當通電時鹽水流過裝置,分成在陽極捕獲純氧氣和陰極捕獲純氫氣。

測試結果顯示,在相同功率下,新裝置可產生比 NASA 毅力號火星車攜帶的火星氧氣 ISRU 實驗儀(Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment,MOXIE)還多 25 倍的氧氣量,產生的氫氣則可以做為火箭燃料,裝置本體也比 MOXIE 小且輕巧。

除了應用在火星探索外,新裝置放在地球上也大有前途,比如電解海水產生氫和氧,或是深海潛艇中的製氧設備。當然,新裝置在能實際應用前還需通過長期壓力測試,以確保性能不會隨時間推移而降低。新論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(首圖來源:pixabay