Công nghệ mới sản xuất oxy và nhiên liệu từ nước trên Sao Hỏa

Giúp NTDVN sửa lỗi

Hành tinh Đỏ là một nơi rất lạnh, vậy nên nước lỏng gần như chắc chắn chứa đầy muối từ đất sao Hỏa. Lý do là vì khi có các phân tử muối trong nước, nhiệt độ đóng băng của nước sẽ giảm.

Bạn không thể uống hay sử dụng nước mặn, và để điện phân nước thành oxy (để thở) và hydro (làm nhiên liệu) trước tiên cần loại bỏ muối. Đó là một ý tưởng khá cồng kềnh và tốn kém trong một môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm như trên Sao Hỏa.

Tuy nhiên, nếu oxy và hydro có thể được tách trực tiếp từ nước muối, thì quá trình điện phân đó sẽ đơn giản hơn nhiều — và ít tốn kém hơn.

Các kỹ sư tại Viện Kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis đã phát triển một hệ thống làm được điều đó. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên Tạp chí của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (PNAS).

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi giáo sư Vijay Ramani, đã thiết lập hệ thống điện phân nước muối của họ trong điều kiện rất đặc trưng là bầu khí quyển mô phỏng sao Hỏa -33 độ F (-36 độ C).

Ông Ramani cho biết: “Bình điện phân nước muối trên sao Hỏa của chúng tôi thay đổi hoàn toàn những tính toán về hậu cần cho các sứ mệnh tới sao Hỏa và xa hơn nữa. Công nghệ này cũng hữu ích không kém khi áp dụng trên Trái Đất, khi mang tới cả một nguồn nguyên liệu khổng lồ để cung cấp oxy và nhiên liệu".

Để sống - thậm chí là tạm thời - trên Sao Hỏa, chưa kể để trở về Trái Đất, các phi hành gia sẽ cần sản xuất một số vật chất để đáp ứng nhu cầu cần thiết, bao gồm nước và nhiên liệu. Tàu thăm dò Perseverance của NASA hiện đang trên đường tới sao Hỏa, mang theo thiết bị MOXIE sử dụng phương pháp điện phân nhiệt độ cao. Tuy nhiên, hệ thống thiết bị này chỉ sản xuất oxy từ cacbon dioxit trong không khí.

Hệ thống được phát triển trong phòng thí nghiệm của Ramani có thể tạo ra lượng oxy gấp 25 lần so với MOXIE khi sử dụng cùng một lượng điện năng. Nó cũng tạo ra hydro, có thể được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho chuyến về nhà của các phi hành gia.

Ông Ramani cho biết: “Máy điện phân nước muối mới của chúng tôi sử dụng một cực âm làm bằng chì pyrochlore ruthenate chì do nhóm của chúng tôi phát triển, kết hợp với một cực dương Pt/C (cacbon phủ bạch kim). Các thành phần được thiết kế cẩn thận cùng với việc sử dụng tối ưu các nguyên tắc kỹ thuật điện hóa truyền thống đã mang lại hiệu suất cao”.

Thiết kế đặc trưng với cực âm độc đáo cho phép hệ thống hoạt động mà không cần làm nóng hoặc sử dụng lọc.

Ông Ramani nói: “Chúng ngăn nước không bị đóng băng và cũng cải thiện hiệu suất của hệ thống điện phân bằng cách giảm điện trở dung dịch”.

Thông thường, máy điện giải nước sử dụng nước được khử ion tinh khiết cao, điều này làm tăng thêm chi phí của hệ thống. Một hệ thống có thể hoạt động với nước mặn hoặc nước “chất lượng kém”, chẳng hạn như công nghệ của nhóm Ramani, có giá trị kinh tế của máy điện phân nước ở mọi nơi — ngay cả ở hành tinh chúng ta.

Pralay Gayen, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm cho biết: “Sau khi thử nghiệm thiết bị trong điều kiện khắc nghiệt của sao Hỏa, chúng tôi dự định triển khai trong điều kiện ôn hòa trên Trái Đất để sản xuất hydro và oxy, ví dụ như thông qua điện phân nước biển”.

Quang Minh

Theo Phys



BÀI CHỌN LỌC

Công nghệ mới sản xuất oxy và nhiên liệu từ nước trên Sao Hỏa