最近的一项研究报告称，宇航员可以使用火箭燃料从火星返回地球，火箭燃料是通过电化学还原技术直接从红色星球大气中的二氧化碳转化而来的。
这是一种涉及电解的旧方法，即使用电流来驱动化学反应，但一种新技巧会导致 甲烷 足够清洁，可以用作液体推进剂。 （当今许多火箭发动机使用液氧和液甲烷，包括猛禽，它运行 一艘星舰火箭 太空探索技术公司 正在开发中以帮助人类到达火星。）
卡特·拉辛 (Carter Racine) 表示：“我们正在做的工作基本上是吸收二氧化碳并利用电力将其转化为燃料和含碳化学品。” 陈述。拉辛是一名博士。德克萨斯农工大学机械工程专业的学生，也是密西西比大学化学工程师 Ahmed Badreldin 领导的研究小组的成员。
“你无法把你需要的一切都带到火星。 地球因为每增加一公斤都会增加发射和逃离地球引力的巨大成本和复杂性，”巴德尔丁补充道。“因此，出现的问题是如何利用现有资源制造太空探索所需的燃料和化学品。 目的地可用？”
答案之一是电化学还原，它发生在电解槽中， 电子 它从带负电的阳极流向带正电的阴极。阳极的水被氧化，意味着它失去一个电子，该电子被转移到阴极的二氧化碳，其中一个原子获得一个电子并变成化学家所说的“还原”（意味着其氧化态降低）。然后它可以与从氧化水分子中脱离的氢和氧原子发生反应。
阳极含有催化剂，催化剂材料的选择决定了当还原的碳与氢和氧反应时形成哪些碳基化合物。例如，金催化剂会产生一氧化碳 (CO)，而铜会产生更复杂的化合物，包括醇、乙醇和甲烷 (CH4)。
Badreldin团队的工作与之前的尝试不同，他们开发了一种掺杂氮的纳米级铜催化剂，可以产生近乎纯净的甲烷。
电化学还原 二氧化碳 此前曾在地球应用中用于生产甲烷。问题是这些方法除了甲烷之外还产生了许多副产品。在地球上，我们拥有复杂的设备可以将甲烷与其他不需要的化合物分离，但宇航员将无法携带如此笨重的设备 火星 当每一公斤都很重要时。这是一个问题，因为甲烷必须是纯净的才能用作火箭燃料中的液体推进剂。
然而，Badreldin 团队使用的特定铜催化剂可以比其他化合物优先产生甲烷，从而无需精炼即可产生纯净物。火星上有大量二氧化碳可供利用： 火星大气层 它很薄，但却由 96% 的二氧化碳组成。
即使宇航员从未去过火星，这项技术在地球上的适用性也是显而易见的。我们可以从现有的二氧化碳中产生甲烷，而不是钻探这种天然气 我们的气氛。
拉辛说：“我们希望这样做，因为现在许多碳基产品最终都来自原始化石来源。” “如果我们能够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，并有助于完成碳循环。”
因此，电化学还原也被提议作为一种碳封存技术在地球上使用，从我们的大气中吸收二氧化碳，在那里它充当不需要的二氧化碳。 温室气体。
问题在于，将二氧化碳转化为甲烷并作为燃料燃烧时，只会以净零循环的方式将二氧化碳直接释放回大气中。理想情况下，我们希望长期将二氧化碳锁在大气之外，但巴德尔丁认为这项技术尚未准备好。
“最终，我们感兴趣的是看看我们是否可以超越简单地回收二氧化碳，而转向净负值的途径，”他说。 “这意味着使用二氧化碳作为碳源，同时将其转化为产品，其中碳储存或使用的时间足够长，不会立即释放回大气中。”
需要注意的是，最好的缓解方法是 气候变化 就是停止燃烧所有化石燃料，包括甲烷。然而，在净零过程中使用电化学还原二氧化碳产生的甲烷，而不是钻探，可能有助于从化石燃料向可再生能源的过渡。
报告这项研究的研究发表在四月期刊上 ACS催化。
