Американские исследователи показали, как в будущем можно будет получать ракетное топливо прямо на Марсе. В работе, опубликованной в журнале ACS Catalysis, ученые из Университета Миссисипи и Техасского университета A&M использовали специальный медный катализатор, который превращает углекислый газ в метан.
Это может решить одну из главных проблем дальних космических полетов. Для экспедиции на Марс потребуется огромное количество топлива, причем его понадобится достаточно не только для посадки, но и для возвращения экипажа. Доставлять весь запас с Земли крайне сложно и дорого.
«Нельзя привезти с Земли все необходимое, потому что каждый дополнительный килограмм резко увеличивает стоимость и сложность запуска и преодоления земной гравитации», — объяснил доцент кафедры химической инженерии Ахмед Бадрелдин.
Почти весь марсианский воздух — CO₂
Атмосфера Марса примерно на 96% состоит из углекислого газа. Исследователи предлагают использовать его как источник углерода для производства метана. Для запуска реакции требуется электричество, а медный катализатор помогает направить процесс именно в сторону образования нужного топлива.
Размер частиц катализатора чрезвычайно мал — примерно в 100 тыс. раз меньше ширины человеческого волоса.
«По сути, мы берем CO₂ и с помощью электричества превращаем его в углеродсодержащие виды топлива и химические вещества», — рассказал докторант Картер Расин.
Преимущество разработки в высокой избирательности реакции. Другие методы тоже позволяют получать метан из углекислого газа, но одновременно образуют несколько нежелательных веществ. На Марсе это особенно неудобно, поскольку там не будет такой сложной системы очистки, как на Земле.
«На Земле можно разделять нужные и ненужные продукты, но на Марсе конечный продукт должен быть близок к чистоте, необходимой для ракетного топлива», — отметил Бадрелдин.
Проверят катализатор для Марса
Пока технология не означает, что будущие астронавты смогут сразу заправлять ракеты на Красной планете. Исследователи намерены продолжить эксперименты с другими материалами и изменить структуру катализатора, чтобы увеличить производство метана, его долю среди продуктов реакции и срок работы системы.
Для этого группа Бадрелдина получила грант программы Mississippi NASA EPSCoR Research Infrastructure Development.
«Настраивая структуру катализатора и локальные условия реакции, мы стремимся повысить активность, селективность образования метана и долгосрочную стабильность, что особенно важно для этой работы», — сказал ученый.
Получаемый метан интересен не только для космоса. На Земле его используют как топливо и сырье для производства химических веществ. По словам Расина, синтетическое топливо на основе CO₂ в перспективе может применяться и в авиации, где тяжелые аккумуляторы пока не позволяют полностью перейти на электричество.