Ny teknologi kan få ilt, brændstof fra Marss saltvand

Når det kommer til vand og Mars, der er gode nyheder og knap så gode nyheder. Den gode nyhed:der er vand på Mars! Den knap så gode nyhed?

Der er vand på Mars.

Den Røde Planet er meget kold; vand, der ikke er frosset, er næsten helt sikkert fyldt med salt fra Mars-jorden, hvilket sænker dens frysetemperatur.

Du kan ikke drikke saltvand, og den sædvanlige metode ved at bruge elektricitet (elektrolyse) til at nedbryde den til oxygen (til at trække vejret) og brint (til brændstof) kræver fjernelse af saltet; en besværlig, kostbare bestræbelser i en barsk, farligt miljø.

Hvis ilt og brint kunne tvinges direkte ud af saltvand, imidlertid, at saltvandselektrolyseprocessen ville være meget mindre kompliceret - og billigere.

Ingeniører ved McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis har udviklet et system, der gør netop det. Deres forskning blev offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Forskerholdet, ledet af Vijay Ramani, Roma B. og Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor i Department of Energy, Miljø- og kemiteknik, validerede ikke blot sit saltvandselektrolysesystem under typiske terrestriske forhold; systemet blev undersøgt i en simuleret Marsatmosfære ved -33 F (-36 C).

"Vores Mars saltlage elektrolysator ændrer radikalt den logistiske beregning af missioner til Mars og videre," sagde Ramani. "Denne teknologi er lige så nyttig på Jorden, hvor den åbner havene som en levedygtig ilt- og brændstofkilde"

I sommeren 2008 NASAs Phoenix Mars Lander "rørte og smagte" Marsvand, dampe fra smeltet is gravet op af landeren. Siden da, Den Europæiske Rumorganisations Mars Express har opdaget adskillige underjordiske damme med vand, som forbliver i flydende tilstand takket være tilstedeværelsen af ​​magnesiumperklorat-salt.

For at leve - selv midlertidigt - på Mars, for ikke at tale om at vende tilbage til Jorden, astronauter bliver nødt til at fremstille nogle af fornødenhederne, inklusive vand og brændstof, på den røde planet. NASA's Perseverance rover er på vej til Mars nu, bærer instrumenter, der vil bruge højtemperaturelektrolyse. Imidlertid, Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) vil kun producere ilt, fra kuldioxiden i luften.

Systemet udviklet i Ramanis laboratorium kan producere 25 gange mere ilt end MOXIE ved at bruge den samme mængde strøm. Det producerer også brint, som kunne bruges til at brænde astronauternes tur hjem.

"Vores nye saltvandselektrolysator indeholder en blyruthenatpyrochloranode udviklet af vores team i forbindelse med en platin-på-kulstof-katode," sagde Ramani. "Disse omhyggeligt designede komponenter kombineret med den optimale brug af traditionelle elektrokemiske ingeniørprincipper har givet denne høje ydeevne."

Det omhyggelige design og den unikke anode gør det muligt for systemet at fungere uden behov for opvarmning eller rensning af vandkilden.

"Paradoksalt nok, det opløste perklorat i vandet, såkaldte urenheder, faktisk hjælpe i et miljø som Mars, " sagde Shrihari Sankarasubramanian, en forsker i Ramanis gruppe og fælles førsteforfatter af papiret.

"De forhindrer vandet i at fryse, " han sagde, "og også forbedre ydeevnen af ​​elektrolysesystemet ved at sænke den elektriske modstand."

Typisk, vandelektrolysatorer bruger højrenset, deioniseret vand, hvilket øger omkostningerne ved systemet. Et system, der kan arbejde med "suboptimalt" eller saltvand, såsom teknologien demonstreret af Ramanis team, kan markant forbedre den økonomiske værdi af vandelektrolysatorer overalt - selv lige her på planeten Jorden.

"Efter at have demonstreret disse elektrolysatorer under krævende marsforhold, vi har til hensigt også at anvende dem under meget mildere forhold på Jorden for at bruge brakvands- eller saltvandsforsyninger til at producere brint og ilt, for eksempel gennem havvandselektrolyse, " sagde Pralay Gayen, en postdoktoral forskningsmedarbejder i Ramanis gruppe og også en fælles førsteforfatter på denne undersøgelse.

Sådanne applikationer kunne være nyttige i forsvarsområdet, skabe ilt efter behov i ubåde, for eksempel. Det kunne også give ilt, når vi udforsker ukendte miljøer tættere på hjemmet, i det dybe hav.

De underliggende teknologier, der aktiverer saltvandselektrolysesystemet, er genstand for patentansøgning gennem Office of Technology Management og er tilgængelige for licens fra universitetet.