Din atmosfera marțiană bogată în dioxid de carbon ar putea să se producă un combustibil de rachetă utilizabil direct, conform unei cercetări recente efectuate de un grup internațional de oameni de știință, analizând o abordare numită reducere electrochimică din perspectiva misiunilor spațiale planificate pentru Marte.

Metoda se bazează pe o tehnică veche, electroliză, care folosește curent electric pentru a facilita reacții chimice, dar noutatea constă în faptul că metanul rezultat este de o puritate suficientă pentru utilizare directă ca combustibil. În prezent, multe motoare de rachetă ard combustibili combinați metan-oxigen, de exemplu perechea utilizată de motoarele Raptors din Starship.

Esența cercetării este transformarea CO2 în combustibil sau în alte produse chimice utile prin electrochimie, iar echipa este condusă de Carter Racine, student PhD la Facultatea de Inginerie Mecanică a Universității Texas A&M, sub îndrumarea lui Ahmed Badreldin de la Universitatea din Mississippi.

Reducerea electrochimică a CO2-ului marțian

Unul dintre aspectele critice este că nu poți transporta de pe Pământ toate materialele necesare; fiecare kilogram în plus adaugă costuri și complexitate în lansare și în depășirea gravitației Pământului.

Una dintre soluții este reducerea electrochimică, un proces asemănător electrolizei, dar în care electronii circulă prin curentul electric pentru a transforma CO2 în combustibili sau în substanțe utile la catod, în timp ce apa se oxidează la anod.

De exemplu, un catalizator de aur poate favouriza producerea de CO, în timp ce cuprul poate genera compuși mai complecși, inclusiv alcool, etanol și metan.

Rolul catalizatorului în stabilirea produselor

Realizarea notabilă a echipei Badreldin este utilizarea unui catalizator nanometric din cupru dopat cu azot, care poate produce aproape în totalitate metan. Această realizare poate facilita ca reducerea CO2 să conducă direct la combustibil util, fără a genera multe produse secundare.

Atmosfera marțiană oferă CO2 ca materie primă principală, iar în absența necesității de transport masiv, există suficiente resurse pentru a produce metan curat ca combustibil pentru misiuni de lungă durată.

Pe Pământ, metodele electrochimice de reducere a CO2 au adesea efecte secundare; aceste răspunsuri trebuie separate pentru a facilita utilizarea în misiuni spațiale, ceea ce face ca puritatea să fie o cerință crucială.

Echipa Badreldin și catalizatorul din cupru dopat cu azot

Cercetările au arătat că un catalizator din cupru dopat cu azot la scară nanometrică poate facilita producerea de metan aproape pur, deschizând calea pentru utilizarea directă în motoarele cu propulsie. Această abordare poate reduce semnificativ necesitatea de echipamente de separare a compușilor nedoriți.

Acest tip de catalizator poate face procesul mai simplu pentru ca Marte să ofere în mod autonom masa de combustibil, folosind dioxidul de carbon din atmosferă ca sursă de materie primă.

Totodată, în contextul terestru, reducerea CO2 prin electrochimie cu acest catalizator poate deschide calea pentru producția de metan fără a necesita echipamente mari de separare a produselor secundare.

O abordare aplicabilă pe Pământ și problema purității

În timp ce reducerea electrochimă a CO2 a fost testată pe Pământ pentru producția de metan, adesea apar produse secundare; în contextul spațial lipsa echipamentelor de separare creează provocări suplimentare.

Puritatea metanului este crucială pentru aplicațiile spațiale, dar este benefică și pe Pământ pentru infrastructuri simple; catalizatorul Badreldin promite să minimizeze aceste reziduuri, facilitând utilizarea directă în mediile lipsite de facilități.

În același timp, posibilitatea de a transforma CO2 în combustibil metan poate sprijini atât obiectivele spațiale, cât și cele de mediu terestre, reducând dependența de resurse fosile prin captare și transformare.

Impactul asupra mediului și perspectivele net-zero

Specialiștii subliniază că reciclarea CO2 nu rezolvă în sine schimbările climatice; soluția pe termen lung este înlocuirea combustibililor fosili cu surse de energie regenerabilă.

Pentru ca această tehnologie să contribuie la obiectivele net-zero, este necesară o eficiență energetică mai mare a proceselor și integrarea cu sisteme complete de captare a CO2 și utilizare sau stocare a acestuia.

Studiul a fost publicat în ACS Catalysis în aprilie și sugerează că această linie de cercetare poate sprijini viitoarele misiuni pe Marte, precum și politici climatice mai eficiente pe Pământ.

Publicarea studiului și perspectivele viitoare

Rezultatele indică multiple căi de transformare a CO2 și posibilitatea ca unele dintre ele să producă un efect net negativ în viitor.

Aceste abordări pot reduce dependența de combustibili fosili și pot facilita captarea CO2 pentru utilizare sau stocare pe termen lung, în timp ce sustine tranziția către surse regenerabile.

Publicarea detaliată în ACS Catalysis și opiniile autorilor sugerează că această cercetare poate avansa viitoarele misiuni pe Marte și politicile climatice pe plan mondial.