Ученые предложили способ получения ракетного топлива из «воздуха» Марса
Ученые предложили способ получения ракетного топлива из «воздуха» Марса
Ученые из США создали новый катализатор, который превращает углекислый газ в метан, пригодный для использования в качестве ракетного топлива. Результаты исследования опубликованы в научном журнале ACS Catalysis.
Эта технология, разработанная учеными из Университета Миссисипи и Техасского университета A&M, может быть полезна для производства ракетного топлива на Марсе в будущем. Атмосфера Красной планеты почти на 96 процентов состоит из углекислого газа (CO₂). Технология преобразует CO₂ в метан с помощью электроэнергии.
В процессе используется специальный медный катализатор. Активные медные кластеры в нем чрезвычайно малы — исследователи описали их размер как примерно в 100 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса.
Главное преимущество технологии заключается в минимизации нежелательных побочных продуктов в процессе образования метана. В существующих методах при преобразовании CO₂ в метан образуются и другие соединения, которые затем необходимо отделять.
На Земле для такой очистки можно использовать сложное оборудование. На Марсе же доставка этих дополнительных устройств усложнит задачу.
«На Земле можно разделять нужные и ненужные продукты, но на Марсе конечный продукт должен быть близок к чистоте, требуемой для ракетного топлива», — говорит один из авторов исследования Ахмад Бадрелдин.
В экспериментах наиболее эффективный катализатор довел долю электроэнергии, расходуемой на образование метана, до 53 процентов. При этом общая доля других углеродных продуктов, образующихся из CO₂, составила менее 4 процентов. В частности, доля монооксида углерода составила 0,5 процента, а этилена — 2,8 процента.
Одной из проблем отправки человека на Марс является топливо, необходимое для возвращения экипажа на Землю. Его транспортировка с Земли значительно увеличивает массу космического корабля.
«Невозможно взять с Земли все необходимое. Каждый дополнительный килограмм резко увеличивает стоимость и сложность запуска. По этой причине ученые ищут способы производства топлива и других ресурсов непосредственно на планете назначения в ходе длительных космических миссий», — говорит Бадрелдин.
Эта концепция называется in-situ resource utilization (ISRU) — «использование ресурсов на месте». Одним из преимуществ метана является возможность его использования в качестве ракетного топлива. В научной статье метан также указан как стратегическое топливо, которое можно получать из местных ресурсов на таких планетах, как Марс.
Однако на данный момент технология еще не тестировалась на Марсе. Исследование проводилось в лаборатории с CO₂, и для его адаптации к реальным марсианским условиям требуются дополнительные эксперименты. Ученые планируют работать над повышением эффективности катализатора, скорости образования метана и его способности работать в течение длительного времени. Следующий этап проекта поддерживается грантом NASA EPSCoR.
Это не первая технология, направленная на получение ресурсов из марсианской атмосферы для будущих экспедиций.
В 2023 году прибор MOXIE, установленный на марсоходе NASA Perseverance, успешно завершил эксперимент по производству кислорода из углекислого газа в атмосфере Марса. Прибор запускался 16 раз и в общей сложности произвел 122 грамма кислорода. Максимальный показатель составил 12 граммов в час, а чистота полученного кислорода — не менее 98 процентов.
В NASA тогда заявили, что более крупные версии подобной технологии в будущем могут использоваться не только для обеспечения астронавтов кислородом для дыхания, но и для производства окислителя для ракетного топлива.