بلیت مریخ دیگر یک‌طرفه نیست؛ فناوری جدید از جو سیاره سرخ سوخت موشک می‌سازد

پژوهشی جدید نشان می‌دهد که فضانوردان می‌توانند برای بازگشت از مریخ به زمین، سوخت موشک را با استفاده از تکنیکی به نام «احیای الکتروشیمیایی»، به‌طور مستقیم از دی‌اکسید کربن موجود در جو سیاره سرخ تولید کنند.

احیای الکتروشیمیایی در اصل تکنیکی قدیمی مبتنی بر الکترولیز است؛ یعنی استفاده از جریان الکتریکی برای ایجاد واکنش شیمیایی. بااین‌حال، ترفند جدید می‌تواند متان را با خلوص کافی برای استفاده به‌عنوان پیشران مایع تولید کند. امروزه تعدادی از موتورهای موشکی با اکسیژن مایع و متان مایع کار می‌کنند؛ از جمله موتورهای رپتور که نیروی رانش استارشیپ، موشک عظیم اسپیس‌ایکس را تأمین می‌کنند.

کارتر ریسین، دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک در دانشگاه تگزاس ای‌اندام و یکی از اعضای تیم پژوهش، در بیانیه‌ای گفت: کار ما اساساً این است که دی‌اکسید کربن را بگیریم و با استفاده از برق، آن را به سوخت‌ها و مواد شیمیایی حاوی کربن تبدیل کنیم.

احمد بدرالدین، مهندس شیمی دانشگاه می‌سی‌سی‌پی و سرپرست تیم پژوهش نیز افزود: «نمی‌توانیم هر چیزی را که روی مریخ نیاز داریم از زمین ببریم، زیرا هر کیلوگرم اضافه، هزینه و پیچیدگی پرتاب و غلبه بر گرانش زمین را به‌شدت افزایش می‌دهد. بنابراین پرسش این است که چگونه می‌توانیم سوخت‌ها و مواد شیمیایی موردنیاز برای اکتشافات فضایی را از منابعی که از قبل در مقصد وجود دارند، تولید کنیم؟»

یکی از پاسخ‌ها، روش احیای الکتروشیمیایی است که در دستگاهی به نام الکترولایزر انجام می‌شود. در این فرایند، الکترون‌ها از آند با بار منفی به سمت کاتد با بار مثبت جریان پیدا می‌کنند. آب در مجاورت آند اکسید می‌شود (یعنی الکترون از دست می‌دهد) و این الکترون در سمت کاتد به دی‌اکسید کربن منتقل می‌شود. در آنجا، یکی از اتم‌های دی‌اکسید کربن الکترون دریافت می‌کند و دچار فرآیندی می‌شود که شیمی‌دانان آن را «احیا» می‌نامند؛ بدین معنا که عدد اکسایش آن کاهش پیدا می‌کند. سپس این ماده می‌تواند با اتم‌های هیدروژن و اکسیژنی که از مولکول‌های آب اکسیدشده جدا شده‌اند، واکنش دهد.

آند حاوی کاتالیزور است و انتخاب ماده کاتالیزور تعیین می‌کند که هنگام واکنش کربن احیاشده با هیدروژن و اکسیژن، کدام ترکیبات کربنی تولید شوند. برای مثال، استفاده از کاتالیزور طلا به تولید مونوکسیدکربن (CO) منجر می‌شود؛ درحالی‌که مس می‌تواند ترکیبات پیچیده‌تر از جمله الکل‌ها، اتانول و متان (CH₄) تولید کند.

وجه تمایز کار تیم بدرالدین با آزمایش‌های پیشین این است که پژوهشگران یک کاتالیزور مسی در مقیاس نانومتر، آمیخته‌شده با نیتروژن ساخته‌اند که قادر به تولید متان با خلوص بسیار بالا است.