علماء صينيون يطورون محفزًا جديدًا لتحويل غلاف المريخ الجوي إلى وقود سائل

طور علماء صينيون عملية تحفيزية قادرة على تحويل الغلاف الجوي الرقيق للمريخ إلى ميثانول متعدد الاستخدامات. قام فريق من مختبر استكشاف الفضاء العميق في هيفي بتطوير محفز ثنائي النقاط يجمع بين النحاس والصوديوم على دعامة بلورية مسامية، لتحويل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين (المستمد من الجليد المحلي) إلى وقود ميثانول. في الاختبارات، أنتج هذا المحفز المعزز بالصوديوم 245 جرامًا من الميثانول لكل كيلوغرام من المحفز في الساعة، ويقال إن هذه الكمية أعلى بـ "11 مرة" من الكمية الناتجة عند استخدام النحاس بمفرده. كما قلل هذا المادة من المنتجات الثانوية غير الضرورية، وحافظت على أداء مستقر خلال اختبار استمر 12 ساعة.

دور الميثانول كمصدر طاقة متعدد الاستخدامات

يوفر الميثانول حلاً للحفاظ على القاعدة الفضائية، حيث يمكن أن يكون مصدر طاقة موثوق لتوليد الكهرباء والتدفئة، وكذلك لتزويد المركبات الاستكشافية بالطاقة.

كتب الباحثون في ورقة بحثية: "المحفز المحسن، وخاصةً MOF-808-NaCu، يعزز بشكل ملحوظ أداء تفاعل هدرجة ثاني أكسيد الكربون، حيث كان إنتاج الميثانول 245 g·kgcat –1 ·h –1." وأضافوا: "توضح هذه الاكتشافات الدور المحفز للمواقع المجاورة من المعادن القلوية في التحفيز الثنائي النقاط، وتوفر استراتيجية تصميم مواد لتحويل ثاني أكسيد الكربون بكفاءة لتطبيقات استكشاف المريخ المستقبلية."

إن إنشاء مستوطنات بشرية على المريخ هو الحلم النهائي للحياة خارج كوكب الأرض، لكن التحديات اللوجستية هائلة. يتكون أكثر من 95% من الغلاف الجوي للمريخ من ثاني أكسيد الكربون، مما يجعل البقاء صعبًا. إن نقل آلاف الأطنان من الوقود عبر ملايين الكيلومترات من الفضاء العميق من الأرض هو أمر مكلف للغاية، لذا يحتاج المستوطنون المستقبليون إلى إنتاج الضروريات مباشرة على الكوكب الأحمر. يتطلب هذا المستقبل أولاً إجراء أبحاث واسعة على الأرض. قام الباحث تشانغ زهي وفريقه بتخليق محفز ثنائي النقاط يسمى MOF-808-NaCu. تعتمد هذه المادة على إطار معدني عضوي مسامي (MOF-808)، حيث يتم توصيل ذرات النحاس مباشرة مع المحفز الصوديوم المجاورة.

يعمل الصوديوم كنوع من المغناطيس الكيميائي، حيث يجذب جزيئات ثاني أكسيد الكربون الداخلة ويغير هيكلها الإلكتروني، مما يثبتها في مكانها، بحيث يمكن للنقاط النحاسية المجاورة استخدام الهيدروجين المستخرج من الجليد المائي المحلي لإجراء تفاعل الهدرجة.

مزايا الميثانول مقارنة بالميثان

اعتمدت وكالات الفضاء مثل NASA والمقاولون الخاصون مثل SpaceX لفترة طويلة على مفاعلات Sabatier لتوليد وقود الميثان. يُعتبر الميثان دافعًا قويًا للصواريخ، لكن تخزينه يتطلب أنظمة تبريد معقدة للحفاظ عليه في حالة سائلة عند -257.8 درجة فهرنهايت (-161 درجة مئوية).

يوفر الميثانول بديلًا أكثر عملية مقارنة بالميثان، حيث يبقى سائلًا في درجات الحرارة والضغوط العادية. إن إنتاج مادة كيميائية سائلة مستقرة دون الحاجة إلى معدات تبريد كبيرة يوفر احتياطيًا متعدد الاستخدامات للقاعدة الفضائية المستقبلية، لاستخدامه في توليد الطاقة، والتدفئة، والنقل البري، والتصنيع الصناعي. بالإضافة إلى كونه وقودًا، يمكن استخدام الميثانول أيضًا كمادة كيميائية أولية لصناعة مضادات التجمد، ومواد البناء، والعديد من المنتجات الأساسية.

منذ هبوط مركبة Tianwen-1 في عام 2021، تطور برنامج الفضاء الصيني بسرعة. مع المهمة القادمة Tianwen-3 التي تخطط لاستعادة أول عينة من المريخ، فإن تطوير تقنيات استخدام الموارد في الموقع (ISRU) هو الخيار المنطقي للخطوة التالية. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض التحديات الهندسية قبل أن يمكن نشر هذا المحفز في الفضاء الخارجي. يتمثل التحدي الرئيسي في أن المهندسين بحاجة إلى تصميم ضواغط خفيفة لالتقاط وضغط الهواء الرقيق على المريخ. بشكل عام، أثبت العلماء أن مفتاح البقاء على المريخ قد يكون تعلم كيفية الاستفادة من الموارد الموجودة بالفعل.

مستقبل استكشاف المريخ واستخدام الموارد

تعتمد نجاح أو فشل استكشاف المريخ على القدرة على استخدام الموارد المحلية بشكل فعال، وتظهر هذه الدراسة كيفية تحويل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ إلى ميثانول، مما يوفر الطاقة للقاعدة الفضائية المستقبلية. بالمقارنة مع الإنتاج التقليدي للميثان، فإن الخصائص السائلة للميثانول تجعل من السهل تخزينه واستخدامه في الظروف العادية، وهو أمر حيوي لبيئة البقاء على المريخ. مع تطور برنامج الفضاء الصيني، قد يصبح تحسين هذه التقنية خطوة مهمة نحو إقامة مستوطنات بشرية على المريخ.