Jak wytworzyć paliwo z atmosfery Marsa?

Paliwo wytwarzane z atmosfery Marsa może w przyszłości ograniczyć ilość materiałów, które astronauci będą musieli zabierać ze sobą podczas załogowych misji na Czerwoną Planetę. Naukowcy opracowali technologię, która może ułatwić produkcję metanu z dwutlenku węgla.

Paliwo wytwarzane z atmosfery Marsa

NASA planuje przeprowadzenie załogowych misji na Marsa już w latach 30. XXI wieku. Podróż na planetę oddaloną od Ziemi o miliony kilometrów wymaga ogromnych ilości paliwa, a do tego podobne lub większe jego zasoby będą potrzebne na powrót. Transportowanie wszystkich potrzebnych materiałów byłoby niezwykle kosztowne i skomplikowane, ponieważ każdy dodatkowy kilogram zwiększa koszty. Jednak zamiast zabierać ze sobą tak duże zapasy, inżynierowie próbują rozwijać technologię, która mogłaby pozwolić przyszłym astronautom na produkcję paliwa rakietowego z zasobów dostępnych już na Czerwonej Planecie.

W ramach nowego badania naukowcy z University of Mississippi i Texas A&M University wykazali, że przyszli astronauci mogliby być w stanie wytwarzać paliwo z rozrzedzonej atmosfery Marsa. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „ACS Catalysis”.

Jak powstaje metan z dwutlenku węgla

Atmosfera Marsa składa się w około 96 proc. z dwutlenku węgla. Inżynierowie opracowali specjalny katalizator zawierający miedź, który umożliwia przekształcanie CO₂ w metan. Jego rozmiar jest 100 tys. razy mniejszy niż szerokość ludzkiego włosa.

Jak tłumaczą naukowcy, opracowywana metoda polega na wykorzystaniu energii elektrycznej do przekształcania CO₂ w paliwa i substancje chemiczne zawierające węgiel. Zastosowanie wychwyconego dwutlenku węgla oraz energii ze źródeł odnawialnych mogłoby ograniczyć zależność od pierwotnych surowców kopalnych i pomóc w zamknięciu obiegu węgla. Inne technologie również mogą przeprowadzać tę samą reakcję, ale często prowadzą do powstawania wielu niepożądanych produktów ubocznych.

Katalizator ogranicza powstawanie produktów ubocznych

Zdaniem badaczy jednym z głównych wyzwań związanych z wykorzystaniem tej technologii na Marsie jest brak rozbudowanej infrastruktury do rozdzielania i oczyszczania produktów, dostępnej na Ziemi. Na naszej planecie można oddzielić pożądane substancje od niepożądanych produktów powstających podczas reakcji. Na Czerwonej Planecie konieczne byłoby natomiast uzyskanie produktu o czystości zbliżonej do wymaganej w przypadku paliwa rakietowego.

Opracowywane przez naukowców katalizatory miedziowe mają zwiększać selektywność reakcji w kierunku powstawania metanu, dzięki czemu można ograniczyć konieczność jego późniejszego oczyszczania.

Technologia może być wykorzystana także na Ziemi

Technologia może być również przydatna na Ziemi. Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego i znajduje zastosowanie w produkcji paliw oraz substancji chemicznych dla przemysłu.

Produkcja metanu bezpośrednio z CO₂, a następnie jego lokalne przetwarzanie mogłyby w przyszłości umożliwić produkcję paliw i substancji chemicznych w mniejszych, lokalnych zakładach, zamiast opierania się wyłącznie na dużych instalacjach.

Syntetyczne paliwa dla lotnictwa

Również pomysł wykorzystania tej technologii do usuwania ogromnych ilości dwutlenku węgla z ziemskiej atmosfery, zdaniem inżynierów, jest interesujący, jednak obecne możliwości nie pozwalają jeszcze na osiągnięcie takiego celu. Wykorzystanie dwutlenku węgla z atmosfery do produkcji metanu, a następnie spalenie go jako paliwa prowadziłoby do ponownego jego uwolnienia. Taki proces oznaczałby bilans zerowy i zamknięcie obiegu węgla.

Naukowcy chcą natomiast sprawdzić, czy możliwe będzie wyjście poza samo recyklingowanie CO₂ i opracowanie procesów o ujemnym bilansie emisji. Chodzi o wykorzystanie dwutlenku węgla jako źródła węgla i przekształcanie go w produkty, w których węgiel byłby magazynowany lub wykorzystywany wystarczająco długo, aby nie wracał od razu do atmosfery.

Dopracowanie tego procesu mogłoby znaleźć zastosowanie również w branżach, w których trudno wykorzystać napęd elektryczny lub akumulatory, takich jak lotnictwo.

Jak wyjaśniają badacze, zastosowanie w samolotach dużych i ciężkich akumulatorów ograniczałoby ich możliwości i zasięg. Dekarbonizacja lotnictwa pozostaje więc trudnym zadaniem, między innymi ze względu na związane z tym ograniczenia technologiczne i logistyczne. Jednym z rozwiązań mogłoby być wykorzystanie syntetycznych paliw opartych na węglu. Tego rodzaju substancje mogłyby zostać zastosowane w obecnie używanych samolotach bez konieczności korzystania z paliw kopalnych.

Emil Gołoś