Новий метод виявився у 25 разів ефективнішим, ніж MOXIE, яка була запущена у рамках місії "Марс-2020", стверджують вчені у статті, опублікованій в журналі PNAS.
Що таке MOXIE
Експериментальну установку MOXIE створили в NASA для вирішення завдання життєзабезпечення людини на Марсі, вона отримує кисень з вуглекислої атмосфери планети шляхом електролізу. В ідеалі така установка повинна забезпечувати людей киснем для дихання і паливом для енергозабезпечення. Її відправили з марсоходом Perserverance 30 липня 2020 року.
Установка MOXIE
Особливості нової установки
Дослідники з Університету Вашингтона розробили нову установку для отримання кисню і водню з соляного розчину, який близький за складом і температурою розчину з марсіанських озер. Установка використовує розчин перхлорату магнію з концентрацією 2,8 моль на літр, який був охолоджений до -36° C і продувався вуглекислим газом – останній виконував роль атмосфери планети. Електрокаталізатором реакції отримання кисню виступав оксид свинцю-рутенію Pb2Ru2O7-δ, а для отримання водню використовувалася платина на активованому вугіллі, яка вважається стандартним каталізатором для цієї реакції. Як сепаратора між катодом і анодом використовувалася аніонообмінна мембрана.
Вчені проаналізували роботу установки при температурах розчину від -36 до -21° C і виявили, що оксид свинцю-рутенію набагато енергоефективніший, ніж зазвичай оксид рутенію. При цьому досягнуті темпи вироблення в залежності від температури розчину виявилися 10-22 грама кисню на годину, що в 25 разів більше, ніж може виготовити установка MOXIE.
Для роботи установки необхідно всього 12 Вт енергії, в той час як для MOXIE – 300 Вт. Це дозволить зробити установку меншою та легшою: для роботи з тими ж темпами, що у MOXIE, установка повинна мати електроди з площею від 28 до 62 квадратних сантиметрів (у пристрої місії "Марс-2020" – 571 квадратний сантиметр). У той же час для забезпечення життєдіяльності людини на Марсі площа установки повинна становити від 375 до 1235 квадратних сантиметрів. Це досить великий розкид: він обумовлений тим, що в тій чи іншій точці Марса температура підземних вод і їх склад можуть відрізнятися. Однак в будь-якому випадку маса і розміри пристрою будуть менше, ніж при використанні технології, закладеної в MOXIE.
Крім того, вчені не виявили слідів рутенію у розчині після 300-хвилинної роботи пристрою – за словами дослідників, це говорить про те, що установка виявилася стійка до деградації каталізатора. До того ж кисень на виході не вимагає додаткового очищення, на відміну від MOXIE – там під час електролізу виробляється чадний газ, який потрібно фільтрувати.
Застосування
Новий метод отримання кисню буде ще довго тестуватися, відзначають вчені: ще належить дізнатися, наскільки він надійний і знижується його ефективність з часом. Вчені визнають, що мембрана, яка виступала сепаратором катода і анода, була захищена від впливу вуглекислого газу, що може виявитися малоймовірним в польових умовах на Марсі. А з огляду на умови на планеті, помилок і несправностей в роботі установки бути не повинно. На даний момент розробники установки ведуть активну співпрацю з NASA, яке хоче відправити людей на Марс до 2033 року.
