【CNMO科技消息】宇航员或许能够利用火星大气中的二氧化碳直接转化为火箭燃料，从而返回地球。近日，一项新研究报告称，一种被称为电化学还原的技术可以实现这一目标。这并非全新方法，电解本身已有较长历史，但新的技术突破能够生产出纯度足以用作液体推进剂的甲烷。
火星基地效果图
德克萨斯A&M大学机械工程专业博士生、研究团队成员卡特·拉辛在一份声明中表示：“我们所做的工作，本质上是将二氧化碳通过电力转化为含碳燃料和化学品。”该研究由密西西比大学化学工程师艾哈迈德·巴德雷尔丁领导。巴德雷尔丁指出：“你无法把所需的一切都从地球带到火星，因为每增加一公斤，都会给发射和脱离地球引力带来巨大的成本和复杂性。因此问题就变成了：我们如何利用目的地已有的资源，来制造太空探索所需的燃料和化学品？”
电化学还原在电解槽中进行，电子从带负电的阳极流向带正电的阴极。阳极处的水被氧化，失去一个电子，该电子被转移到阴极处的二氧化碳上，使其一个原子获得电子并被“还原”。随后，它可以与从氧化水分子中分离出的氢原子和氧原子发生反应。阳极含有催化剂，催化剂材料的选择决定了还原碳与氢、氧反应时生成何种碳基化合物。例如，金催化剂生成一氧化碳，而铜则能生成包括醇类、乙醇和甲烷在内的更复杂化合物。
火星表面颜色合成图
巴德雷尔丁团队的突破在于，他们开发了一种氮掺杂的纳米级铜催化剂，能够生产出接近纯度的甲烷。此前在地球应用中也曾通过电化学还原二氧化碳生产甲烷，但问题在于，那些方法在生成甲烷的同时会产生大量副产物。在地球上，有复杂设备可以将甲烷与其他不需要的化合物分离，但宇航员无法将如此笨重的设备带到火星，因为每一公斤都至关重要。而甲烷若要作为火箭燃料中的液体推进剂使用，必须达到纯净标准。巴德雷尔丁团队使用的特定铜催化剂能够优先产生甲烷，而非其他化合物，从而无需精炼即可直接获得纯净甲烷。火星大气虽然稀薄，但其中96%由二氧化碳组成，储量充足。
火星剖面图（假想图）
该技术在地球上同样具有应用价值。与其钻探开采天然气，我们可以利用大气中已有的二氧化碳来制造甲烷。拉辛表示：“我们想这样做，因为目前许多碳基产品最终都来自原始化石资源。如果我们能利用捕获的二氧化碳和可再生电力来制造它们，就可以减少对原始化石碳的依赖，并有助于闭合碳循环。”因此，电化学还原也被建议作为地球上的碳封存技术，将二氧化碳从大气中移除，因为二氧化碳是一种不受欢迎的温室气体。但问题在于，将二氧化碳转化为甲烷并作为燃料燃烧，只会将二氧化碳直接释放回大气，形成净零循环。