Maangrond kan worden gebruikt om zuurstof en brandstof te genereren voor astronauten op de maan

Bodem op de maan bevat actieve verbindingen die koolstofdioxide kunnen omzetten in zuurstof en brandstof, volgens een nieuwe studie door wetenschappers in China en gepubliceerd op 5 mei 2022 in het tijdschrift. joules. Ze onderzoeken momenteel of maanbronnen kunnen worden gebruikt om menselijke verkenning op de maan of daarbuiten te vergemakkelijken.

De materiaalwetenschappers Yingfang Yao en Zhigang Zou van de Nanjing University hopen een systeem te ontwerpen dat gebruik maakt van maanbodem en zonnestraling, de twee meest voorkomende bronnen op de maan. Na analyse van de maangrond die is meegebracht door het Chinese ruimtevaartuig Chang’e 5, ontdekte het onderzoeksteam dat het monster verbindingen bevatte – waaronder ijzer- en titaniumrijke materialen – die zouden kunnen werken als een katalysator voor het produceren van gewenste producten zoals zuurstof met behulp van zonlicht en koolstofdioxide .

Deze afbeelding toont een monster van maangrond meegebracht door het Chinese ruimtevaartuig Chang’e 5. Credit: Yingfang Yao

Op basis van de waarneming stelde het team een ​​”buitenaardse fotosynthese”-strategie voor. In wezen gebruikt het systeem maangrond om water dat uit de maan wordt gehaald en in de uitlaatgassen van de astronauten te ontbinden in zuurstof en waterstof aangedreven door zonlicht. De koolstofdioxide die door de maanbewoners wordt uitgestoten, wordt ook verzameld en gecombineerd met waterstof uit de elektrolyse van water tijdens het door de maanbodem gestimuleerde hydrogeneringsproces.

Het proces produceert koolwaterstoffen zoals methaan, die als brandstof kunnen worden gebruikt. De onderzoekers zeggen dat de strategie geen externe energie gebruikt, maar zonlicht om een ​​verscheidenheid aan gewenste producten te produceren, zoals water, zuurstof en brandstof die het leven op de maanbasis zouden kunnen ondersteunen. Het team is op zoek naar een mogelijkheid om het systeem in de ruimte te testen, waarschijnlijk met toekomstige Chinese bemande maanmissies.

Dit diagram laat zien hoe maanbodem zou kunnen fungeren als een katalysator voor buitenaardse fotosynthese om de zuurstof en brandstof te produceren die nodig zijn voor langdurig overleven op de maan. Krediet: Yingfang Yao

“We gebruiken milieubronnen ter plaatse om de lading van raketten te verminderen, en onze strategie biedt een scenario voor een duurzame en betaalbare buitenaardse leefomgeving”, zegt Yao.

Hoewel de katalytische efficiëntie van maanbodem lager is dan de katalysatoren die op aarde beschikbaar zijn, zegt Yao dat het team verschillende manieren test om het ontwerp te verbeteren, zoals het smelten van maanbodem tot nanomateriaal met hoge entropie, wat een betere katalysator is.

Deze video toont de elektrolyse van water aangedreven door fotovoltaïsche cellen die wordt gestimuleerd door maanbodem. Krediet: Yingfang Yao

Eerder hebben wetenschappers veel strategieën voorgesteld voor buitenaardse overleving. Maar de meeste ontwerpen vereisen stroombronnen vanaf de grond. bijvoorbeeld,[{” attribute=””>NASA’s Perseverance Mars rover brought an instrument that can use carbon dioxide in the planet’s atmosphere to make oxygen, but it’s powered by a nuclear battery onboard.

This photograph shows the research team at Nanjing University holding the lunar soil sample. Credit: Yingfang Yao

“In the near future, we will see the crewed spaceflight industry developing rapidly,” says Yao. “Just like the ‘Age of Sail’ in the 1600s when hundreds of ships head to the sea, we will enter an ‘Age of Space.’ But if we want to carry out large-scale exploration of the extraterrestrial world, we will need to think of ways to reduce payload, meaning relying on as little supplies from Earth as possible and using extraterrestrial resources instead.”

Reference: “Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil” by Yingfang Yao, Lu Wang, Xi Zhu, Wenguang Tu, Yong Zhou, Rulin Liu, Junchuan Sun, Bo Tao, Cheng Wang, Xiwen Yu, Linfeng Gao, Yuan Cao, Bing Wang, Zhaosheng Li, Wei Yao, Yujie Xiong, Mengfei Yang, Weihua Wang and Zhigang Zou, 5 May 2022, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011

This work was supported by the National Key Research and Development Program of China, the Major Research Plan of the National Natural Science Foundation of China, the National Natural Science Foundation of China, the Fundamental Research Funds for the Central Universities, the Program for Guangdong Introducing Innovative and Entrepreneurial Teams, the Natural Science Foundation of Jiangsu Province. the open fund of Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, the Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, the Civil Aerospace Technology Research Project: Extraterrestrial In-situ water Extraction and Photochemical Synthesis of Hydrogen and Oxygen, and Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory.