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

Sao Hỏa rất lạnh! Nước tại đây nếu không bị đóng băng gần như chắc chắn chứa đầy muối vì muối làm giảm nhiệt độ đóng băng của nước. Nước mặn không thể uống nhưng vẫn có thể điện phân, tạo ra oxy (để thở) và hydro (làm nhiên liệu).

Các phương pháp điện phân nước mặn hiện nay yêu cầu phải loại bỏ muối, một công việc phức tạp và tốn kém, nhất là trong môi trường khắc nghiệt như sao Hỏa.

Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới xuất bản trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ hôm 30/11, các kỹ sư từ Đại học Washington cho biết đã phát triển thành công phương pháp điện phân mới, đơn giản và đỡ tốn kém hơn, cho phép khai thác trực tiếp oxy và hydro từ nước mặn.

Nhóm nghiên cứu do Vijay Ramani, giáo sư Roma B. và Raymond H. Wittcoff của Khoa Năng lượng, môi trường và kỹ thuật hóa học, dẫn dắt, không đơn giản là xác nhận hệ điện phân dưới những điều kiện như trên trái đất; hệ này được kiểm tra trong một môi trường mô phỏng điều kiện khí quyển sao Hỏa, mức -360 C).

“Hệ điện phân nước muối sao Hỏa của chúng tôi thay đổi một cách triệt để các nhiệm vụ tính toán logictics tới sao Hỏa và hơn thế nữa”, Ramani cho biết. “Công nghệ này hoàn toàn hữu dụng với cả trái đất, nơi có thể khai thác nguồn oxy và nhiên liệu từ các đại dương”.

Hồ nước ngầm có thể là nguồn sản xuất oxy và nhiên liệu từ nước muối trên sao Hỏa trong tương lai.

Mùa hè năm 2008, Phoenix Mars Lander của NASA đã “chạm và nếm” nước sao Hỏa, hóa hơi nó từ băng tan được chiếc xe tự hành này đào lên. Kể từ đó, Mars Express của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã khám phá ra vô vàn bể nước bên dưới lớp đất mặt sao Hỏa vẫn còn ở trạng thái lỏng nhờ sự hiện diện của magie peclorat – một loại muối.

Các sứ mệnh thăm dò trước đây của tàu Mars Express do Cơ quan Vũ trụ châu Âu vận hành đã tiết lộ một số hồ nước ngầm trên sao Hỏa có sự hiện diện của muối magie perchlorate. Nghiên cứu mới cho thấy tạp chất này không chỉ ngăn nước đóng băng mà còn giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống điện phân bằng cách giảm điện trở.

Để sống được trên sao Hỏa, đấy còn chưa kể việc quay trở lại trái đất, các phi hành gia sẽ cần đến việc sản xuất ra một vài thứ thiết yếu, bao gồm nước và nhiên liệu. Ngay trên đó. Thiết bị Perseverance của NASA trên đường tới sao Hỏa mang theo nhiều thiết bị sẽ được sử dụng để điện phân trong nhiệt độ cao. Tuy vậy Thực nghiệm Sử dụng nguồn tài nguyên oxy tại chỗ trên Sao Hỏa (MOXIE) sẽ chỉ tạo ra được mỗi khí oxy từ carbon dioxide có trong không khí.

Do phòng thí nghiệm của Ramani phát triển, hệ điện phân này có thể tạo ra mức oxy nhiều gấp 25 lần so với MOXIE trong khi vẫn sử dụng lượng điện tương đương. Nó còn tạo ra hydro, vốn có thể giúp các phi hành gia có nhiên liệu cho chuyến hành trình trở về nhà.

“Hệ điện phân nước muối mới của chúng tôi có tích hợp một cực dương lead ruthenate pyrochlore (Pb2Ru2O6.5) cũng do chúng tôi phát triển trong việc tích hợp với một bạch kim trên cực âm carbon”, Ramani giải thích. “Các hợp phần được thiết kế một cách cẩn thận được kết cặp với việc sử dụng tối ưu các nguyên tắc kỹ thuật điện hóa truyền thống đã giúp đem lại hiệu suất cao”.

Thiết bị hoạt động khá tốt, tạo ra lượng ôxy gấp khoảng 25 lần so với thiết bị MOXIE có thể quản lý. MOXIE yêu cầu khoảng 300 watt điện để chạy và thiết bị này phù hợp với sản lượng ôxy đó trên khoảng 12 watt.

Ngoài ra, nó cũng tạo ra hydro có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu để tạo ra điện. Nó sẽ nhỏ hơn và nhẹ hơn MOXIE. Cuối cùng, tất cả những điều này chỉ minh họa rằng MOXIE đang làm việc với chất lượng thấp hơn nhưng có thể tiếp cận rộng rãi hơn tài nguyên ở dạng CO2 trong khí quyển thay vì nước.

Tuy nhiên một thiết bị như thế này sẽ cần phải trải qua quá trình kiểm tra lâu dài để đảm bảo rằng hiệu suất không bị suy giảm theo thời gian. Ví dụ, màng ngăn cách giữa các bên cực âm và cực dương được vận hành cẩn thận để ngăn không cho CO2 bám vào nó. Nếu sự sống còn của bạn phụ thuộc vào thiết bị bạn mang lên Sao Hỏa, thì rõ ràng trục trặc là một vấn đề cực nguy hiểm.

Ngọc Linh (t/h)