Tankstellen auf dem Mars könnten eines Tages Realität werden

Das Bestreben der Menschheit, den Mars zu betreten, ist eines ihrer ehrgeizigsten und komplexesten Unterfangen. Trotz aller innovativen Ideen und komplizierten Technologien, die dieses Ziel erfordert, können wir es möglicherweise erreichen, indem wir das verbessern, was wir bereits wissen.Eine Reihe von Forschungsprojekten versucht herauszufinden, wie wir die bestehenden Bedingungen auf dem Roten Planeten nutzen können, um unsere Raumfahrzeuge anzutreiben.

Ein Team von Ingenieuren der University of Cincinnati versucht, Treibhausgase in Treibstoff umzuwandeln, um nicht nur die Auswirkungen des Klimawandels hier auf der Erde zu bekämpfen, sondern auch unseren Astronauten zu helfen, vom Mars zur Erde zurückzukehren. Ihreneue Studie, veröffentlicht in Naturkommunikation, konzentriert sich auf die Verwendung eines Kohlenstoffkatalysators in einem Reaktor, um Kohlendioxid in Methan umzuwandeln, das dann in Raketentriebwerken der nächsten Generation verwendet werden kann. Dieser Ansatz basiert auf der sogenannten „Sabatier-Reaktion“, die bereits vonder Internationalen Raumstation ISS, um Kohlendioxid aus dem Inneren der Station zu entfernen und Trinkwasser zu erzeugen, sowie Methanabfälle.

Tankstellen auf dem Mars

Die Wissenschaftler haben jedoch den Mars im Blick.Professor Jingjie Wu, an der Studie beteiligt, geteilt in aPressemitteilung da die Atmosphäre auf dem Mars fast vollständig aus Kohlendioxid besteht tatsächlich es ist 95 Prozent CO₂ könnten die Astronauten mit ihrer Technologie nur die Hälfte des Treibstoffs mitbringen und den Rest des Treibstoffs produzieren, den sie benötigen würden, um direkt auf dem Mars zur Erde zurückzukehren.

"Es ist wie eine Tankstelle auf dem Mars", teilte Wu mit. "Sie könnten leicht Kohlendioxid durch diesen Reaktor pumpen und Methan für eine Rakete produzieren."

Um das benötigte Methan zu produzieren, hofft Wus Team, den effizientesten Weg zu finden, Kohlendioxid zu recyceln. Die Experimente beinhalten eine Vielzahl von Katalysatoren, wie Graphen-Quantenpunkte nanoskalige Schichten aus Kohlenstoffstaub, die einehöhere Methanausbeute.

Besser für Handel und Umwelt

Ein weiterer Vorteil ihrer Forschung, neben zukünftigen Mars-Tankstellen, ist, dass sie helfen kann, den Klimawandel zu bekämpfen, indem sie die Auswirkungen der Treibhausgasemissionen hier auf der Erde reduziert. Wu stellt sich vor, das von ihm entwickelte Verfahren in Kraftwerken einzusetzen, die große Mengen anKohlendioxid als Nebenprodukt. Die Umwandlungstechnologie könnte sowohl die Emissionen reduzieren als auch neue kommerzielle Anwendungen eröffnen, da die Emissionen in Kraftstoff und Wasser umgewandelt würden.

"Der Prozess ist 100-mal produktiver als noch vor 10 Jahren. Sie können sich also vorstellen, dass der Fortschritt immer schneller kommt", Wu erklärt. "In den nächsten 10 Jahren werden wir viele Startup-Unternehmen haben, die diese Technik kommerzialisieren."

Die Forschung heizt sich auf

Während die Forschung von Wu und seinem Team vielversprechend ist, suchen auch andere Wissenschaftler nach Möglichkeiten, Raketentreibstoff auf dem Mars zu produzieren. Ein Team der University of California, Irvine hat funktioniert über die Verwendung von Zink als Katalysator für die Herstellung von Methan aus Kohlendioxid. Unter der Leitung des Physik- und Astronomieprofessors Houlin Xin verbessert der neue Ansatz die zweistufige Methode, die an Bord der ISS verwendet wird, um durch Elektrolyse von Wasserstoff atembaren Sauerstoff zu erzeugen undSauerstoff.

Das derzeitige zweistufige Verfahren erfordert große Einrichtungen, während die von Xins Team vorgeschlagene Technik viel tragbarer ist, da sie den Prozess auf nur einen Schritt reduziert, der weniger Platz benötigt. Dadurch kann sie besser an die Bedingungen und verfügbaren Materialien angepasst werdenMars.

„Der von uns entwickelte Prozess umgeht den Wasser-zu-Wasserstoff-Prozess und wandelt stattdessen CO2 effizient mit hoher Selektivität in Methan um“, Xin geteilt.

Während die Forscher das Konzept für die Technologie untersuchen, die sich in Labortests bewährt hat, mit Ergebnissen, die Xin als „vielversprechend“ bezeichnete, räumen sie ein, dass noch viel Arbeit vor ihnen liegt.

Sind Methan-basierte Raketentriebwerke die Zukunft?

Mit Methan betriebene Raketentriebwerke werden sowohl von SpaceX als auch von Blue Origin entwickelt. Die NASA hat habe auch getestet Raketentriebwerke, die flüssiges Methan als Treibstoff zum Betanken von Marslandern und anderen Raumfahrzeugen verwenden.

Der Raptor-Motor auf SpaceXs Starship ist besonders auf die Reise zum Roten Planeten ausgerichtet. Es soll das Methan als Raketentreibstoff in Verbindung mit flüssigem Sauerstoff verbrennen und Kohlendioxid und Wasserdampf wieder in die Atmosphäre abgeben. Um mehr Raketentreibstoff zu erzeugen,Elon Musk getweetet dass SpaceX auch die Sabatier-Reaktion zur Umwandlung von Kohlendioxid in Methan „mit Wind- und Sonnenenergie“ einsetzt.

Musk ging kürzlich auf die Kritik ein, dass Methan 20 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen ausmacht und “25-mal so stark wie Kohlendioxid beim Einfangen von Wärme in der Atmosphäre, “ laut EPA, was es zu einer schlechten Wahl für nachhaltige Raketentriebwerke macht. Musk sagte seinen Aktionären, sich nicht zu viele Sorgen um Methan zu machen. erklärendseine Haltung, indem er das hinzufügt, "Methan zerfällt schnell in CO2", fügt hinzu: "Methan ist kein stabiles Molekül, CO2 ist extrem stabil."

Natürlich muss darauf hingewiesen werden, dass Methan zwar in etwa 12 Jahren aus der Atmosphäre verschwindet, laut EPA, es kann während dieser Zeit viel Schaden anrichten. Und wie Musk enthülltePläne um etwa 1.000 Raketen zum Mars zu schicken, um ihn zu bevölkern, könnte die Menge an Methanemissionen enorm sein. Es stimmt auch, dass selbst wenn Methan in Kohlendioxid zerfällt, von dem ein Teil in der Atmosphäre verbleiben kann Hunderte von Jahren, der Schaden für die Umwelt könnte erheblich sein.

Was passiert, wenn wir dort ankommen?

Während die Wissenschaftler damit beschäftigt sind, zum Mars zu gelangen, untersuchen sie auch, wie die Menschen überleben werden, wenn wir dort ankommen. Wie werden wir den Sauerstoff, Wasserstoff und die Elektrizität erzeugen, die für die Außenposten benötigt werden, die wir errichten müssen, um den Planeten wirklich zu kolonisieren?

Ein Beispiel für diese Forschung ist die Arbeit der Japan Aerospace Exploration Agency JAXA und Honda, die mitgestalten ein neues "zirkulierendes erneuerbares Energiesystem" für menschliche Siedlungen im Weltraum sowie für Rover. Das System soll die Kolonien autark machen, ohne dass sie häufig von der Erde versorgt werden müssen.

Die Forscher sind schaut hinein Kombination eines Wasserelektrolysesystems mit hohem Differenzdruck und eines Brennstoffzellensystems, um mit Sonnenenergie das Notwendige für die Erhaltung des menschlichen Lebens zu produzieren. Das Wasserelektrolysesystem würde Sonnenenergie verwenden, um Wasser zu elektrolysieren und Sauerstoff und Wasserstoff zu produzieren. Der Sauerstoff würde von den Menschen genutzt, während der Wasserstoff das Transferraumfahrzeug antreiben würde, das zur und von der Marsoberfläche fliegen würde. Sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoffwird vom Brennstoffzellensystem verwendet, um Strom für die Außenposten und die Rover zu produzieren.