Το σεληνιακό έδαφος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή οξυγόνου και καυσίμων για τους αστροναύτες στο φεγγάρι

Το έδαφος στη Σελήνη περιέχει ενεργές ενώσεις που μπορούν να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο και καύσιμο, σύμφωνα με μια νέα μελέτη επιστημόνων στην Κίνα που δημοσιεύτηκε στις 5 Μαΐου 2022 στο περιοδικό. τζάουλ. Αυτήν τη στιγμή διερευνούν εάν οι σεληνιακές πηγές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διευκόλυνση της ανθρώπινης εξερεύνησης στη Σελήνη ή πέρα ​​από αυτήν.

Οι επιστήμονες υλικών του Πανεπιστημίου Nanjing Yingfang Yao και Zhigang Zou ελπίζουν να σχεδιάσουν ένα σύστημα που θα εκμεταλλεύεται το σεληνιακό έδαφος και την ηλιακή ακτινοβολία, τους δύο πιο άφθονους πόρους στη Σελήνη. Μετά την ανάλυση του σεληνιακού εδάφους που έφερε πίσω το κινεζικό διαστημόπλοιο Chang’e 5, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι το δείγμα περιείχε ενώσεις – συμπεριλαμβανομένων υλικών πλούσιων σε σίδηρο και τιτάνιο – που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως καταλύτης για την παραγωγή επιθυμητών προϊόντων όπως το οξυγόνο χρησιμοποιώντας ηλιακό φως και διοξείδιο του άνθρακα .

Αυτή η εικόνα δείχνει ένα δείγμα σεληνιακού εδάφους που έφερε πίσω το κινεζικό διαστημόπλοιο Chang’e 5. Credit: Yingfang Yao

Με βάση την παρατήρηση, η ομάδα πρότεινε μια στρατηγική «εξωγήινης φωτοσύνθεσης». Ουσιαστικά, το σύστημα χρησιμοποιεί σεληνιακό έδαφος για να αποσυνθέσει το νερό που εξάγεται από το φεγγάρι και τα καυσαέρια που αναπνέουν οι αστροναύτες σε οξυγόνο και υδρογόνο που τροφοδοτούνται από το ηλιακό φως. Το διοξείδιο του άνθρακα που εκπέμπεται από τους κατοίκους της Σελήνης συλλέγεται επίσης και συνδυάζεται με υδρογόνο από την ηλεκτρόλυση του νερού κατά τη διαδικασία υδρογόνωσης που διεγείρεται από το σεληνιακό έδαφος.

Η διαδικασία παράγει υδρογονάνθρακες όπως το μεθάνιο, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Οι ερευνητές λένε ότι η στρατηγική δεν χρησιμοποιεί εξωτερική ενέργεια αλλά το φως του ήλιου για να παράγει μια ποικιλία επιθυμητών προϊόντων όπως νερό, οξυγόνο και καύσιμα που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη ζωή στη σεληνιακή βάση. Η ομάδα αναζητά μια ευκαιρία να δοκιμάσει το σύστημα στο διάστημα, πιθανότατα με μελλοντικές κινεζικές επανδρωμένες αποστολές σε φεγγάρι.

Αυτό το διάγραμμα δείχνει πώς το σεληνιακό έδαφος θα μπορούσε να λειτουργήσει ως καταλύτης για την εξωγήινη φωτοσύνθεση για την παραγωγή του οξυγόνου και των καυσίμων που απαιτούνται για τη μακροπρόθεσμη επιβίωση στη Σελήνη. Πίστωση: Yingfang Yao

«Χρησιμοποιούμε επιτόπιους περιβαλλοντικούς πόρους για να μειώσουμε το ωφέλιμο φορτίο πυραύλων και η στρατηγική μας παρέχει ένα σενάριο για ένα βιώσιμο και προσιτό περιβάλλον διαβίωσης εκτός πλανήτη», λέει ο Yao.

Ενώ η καταλυτική απόδοση του σεληνιακού εδάφους είναι χαμηλότερη από τους καταλύτες που είναι διαθέσιμοι στη Γη, ο Yao λέει ότι η ομάδα δοκιμάζει διαφορετικούς τρόπους βελτίωσης του σχεδιασμού, όπως η τήξη του σεληνιακού εδάφους σε νανοϋλικό υψηλής εντροπίας, το οποίο είναι καλύτερος καταλύτης.

Αυτό το βίντεο δείχνει την ηλεκτρόλυση του νερού που οδηγείται από φωτοβολταϊκά στοιχεία που διεγείρεται από το σεληνιακό έδαφος. Πίστωση: Yingfang Yao

Προηγουμένως, οι επιστήμονες πρότειναν πολλές στρατηγικές για εξωγήινη επιβίωση. Αλλά τα περισσότερα σχέδια απαιτούν πηγές ενέργειας από το έδαφος. για παράδειγμα,[{” attribute=””>NASA’s Perseverance Mars rover brought an instrument that can use carbon dioxide in the planet’s atmosphere to make oxygen, but it’s powered by a nuclear battery onboard.

This photograph shows the research team at Nanjing University holding the lunar soil sample. Credit: Yingfang Yao

“In the near future, we will see the crewed spaceflight industry developing rapidly,” says Yao. “Just like the ‘Age of Sail’ in the 1600s when hundreds of ships head to the sea, we will enter an ‘Age of Space.’ But if we want to carry out large-scale exploration of the extraterrestrial world, we will need to think of ways to reduce payload, meaning relying on as little supplies from Earth as possible and using extraterrestrial resources instead.”

Reference: “Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil” by Yingfang Yao, Lu Wang, Xi Zhu, Wenguang Tu, Yong Zhou, Rulin Liu, Junchuan Sun, Bo Tao, Cheng Wang, Xiwen Yu, Linfeng Gao, Yuan Cao, Bing Wang, Zhaosheng Li, Wei Yao, Yujie Xiong, Mengfei Yang, Weihua Wang and Zhigang Zou, 5 May 2022, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011

This work was supported by the National Key Research and Development Program of China, the Major Research Plan of the National Natural Science Foundation of China, the National Natural Science Foundation of China, the Fundamental Research Funds for the Central Universities, the Program for Guangdong Introducing Innovative and Entrepreneurial Teams, the Natural Science Foundation of Jiangsu Province. the open fund of Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, the Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, the Civil Aerospace Technology Research Project: Extraterrestrial In-situ water Extraction and Photochemical Synthesis of Hydrogen and Oxygen, and Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory.