Производство метана на Марсе

5 ЯНВАРЯ 2021 Г., Ян Анзловар, Калифорнийский университет, Ирвин

Среди множества проблем, связанных с путешествием на Марс, одна из самых неотложных: как получить достаточно топлива для полета космического корабля на Землю?

Хоулинь Синь, доцент кафедры физики и астрономии, возможно, нашел решение.

Он и его команда открыли теоретически более эффективный способ создания ракетного топлива (метана) на поверхности Марса, который может сделать обратный путь более осуществимым.

Новое открытие представляет собой одноатомный цинковый катализатор, который преобразует текущий двухступенчатый процесс в одностадийную реакцию с использованием более компактного и портативного устройства.

«Цинк – отличный катализатор», – говорит Синь. «У него есть время, избирательность и портативность – большой плюс для космических путешествий».

Процесс создания топлива на основе метана разрабатывался ранее, первоначально Илоном Маском и Space X. Применялись солнечные батареи для выработки электроэнергии, которая использовалась для реакции углекислого газа и водорода, который получался путем электролиза воды из льда, обнаруженного на Марсе.

2H₂O → O₂ + 2H₂

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O (процесс Сабатье)

Эта реакция электролиза используется сейчас на Международной космической станции для производства пригодного для дыхания кислорода из воды. 
Одна из основных проблем, связанных с этими процессами, заключается в том, что это двухэтапная процедура, требующая для эффективной работы больших приборов.

В методе, разработанном Синем и его командой, будет использоваться структурно распределенный цинк, который будет действовать как синтетический фермент, катализируя углекислый газ и инициируя процесс. Это потребует гораздо меньше места и поможет эффективно производить метан с использованием марсианского сырья и в условиях, аналогичных тем, которые существуют на поверхности Марса.

«Разработанный нами процесс позволяет обойти процесс превращения воды в водород, а вместо этого эффективно преобразует CO₂ в метан с высокой селективностью», – говорит Синь.

В настоящее время в ракетах, созданных Lockheed и Boeing, в качестве топлива для ракет используется жидкий водород. Хотя этот источник топлива дешев и эффективен, он имеет свои недостатки. Жидкий водород оставляет углеродный остаток в двигателе ракеты, который требует очистки после каждого запуска. Это было бы невозможно на Марсе. [По всей видимости имеется в виду керосин, а не жидкий водород – прим.переводчика]

Space X и Илон Маск разработали и в настоящее время тестируют двигатель на основе метанового топлива, известный как SpaceX Raptor. Raptor станет двигателем нового поколения космических кораблей SpaceX под названием Starship и Super Heavy. В настоящее время ни один из них не вышел на орбиту, и только один из них совершал полеты.

Несмотря на прорыв, разработанный Синем процесс далек от реализации. В настоящее время у них есть только «доказательство концепции», что означает, что она была протестирована и доказана в лаборатории, но еще не проверена в реальных условиях.

«Прежде чем это можно будет полностью реализовать, необходимо провести много инженерных и исследовательских работ», – говорит он. 
«Но результаты очень многообещающие».

Это перевод статьи Making methane on Mars.