Ilmuwan Tiongkok Kembangkan Katalis Baru untuk Mengubah Atmosfer Mars Menjadi Bahan Bakar Cair

Ilmuwan Tiongkok telah mengembangkan suatu proses katalitik yang dapat mengubah atmosfer Mars yang tipis menjadi metanol yang serbaguna. Tim dari Hefei Deep Space Exploration Laboratory telah menciptakan katalis titik ganda yang menggabungkan tembaga dan natrium pada dukungan kristal berpori, untuk mengubah karbon dioksida dan hidrogen (yang berasal dari es lokal) menjadi bahan bakar metanol. Dalam pengujian, katalis yang diperkaya natrium ini menghasilkan 245 gram metanol per kilogram katalis per jam, dilaporkan bahwa hasil ini 11 kali lebih tinggi dibandingkan dengan penggunaan tembaga secara terpisah. Material ini juga mengurangi produk sampingan yang tidak diinginkan dan mempertahankan kinerja stabil selama pengujian 12 jam.

Peran Energi Serbaguna Metanol

Metanol menyediakan solusi untuk mendukung basis luar angkasa, dapat digunakan sebagai sumber energi yang andal untuk pembangkit listrik, pemanasan, serta untuk memberikan daya pada kendaraan penjelajah planet.

Para peneliti dalam makalah penelitian mereka menulis: “Katalis yang dioptimalkan, khususnya MOF-808-NaCu, secara signifikan meningkatkan kinerja reaksi hidrogenasi karbon dioksida, dengan hasil metanol yang dihasilkan sebesar 245 g·kgcat –1 ·h –1.” Mereka menambahkan: “Temuan ini menjelaskan peran penguatan dari titik logam alkali yang berdekatan dalam katalisis titik ganda, dan memberikan strategi desain material untuk konversi karbon dioksida yang efisien dalam aplikasi eksplorasi Mars di masa depan.”

Mendirikan pemukiman manusia di Mars adalah impian utama kehidupan luar angkasa, tetapi tantangan logistiknya sangat besar. Atmosfer Mars terdiri lebih dari 95% karbon dioksida, membuat keberlangsungan hidup menjadi sulit. Mengangkut ribuan ton bahan bakar dari Bumi melintasi jutaan kilometer ruang angkasa sangat mahal, sehingga pemukim masa depan perlu memproduksi kebutuhan mereka secara langsung di planet merah. Masa depan ini pertama-tama memerlukan penelitian yang luas di Bumi. Peneliti Zhang Zhe dan timnya telah mensintesis katalis titik ganda yang disebut MOF-808-NaCu. Material ini berbasis pada kerangka organik logam berpori (MOF-808), yang secara langsung memasangkan atom tembaga dengan natrium penguat yang berdekatan.

Natrium berfungsi seperti magnet kimia, menarik molekul karbon dioksida yang masuk dan mengubah struktur elektron mereka, menahannya di tempat agar titik tembaga yang berdekatan dapat menggunakan hidrogen yang dipisahkan dari es air Mars untuk melakukan reaksi hidrogenasi.

Keunggulan Metanol dibandingkan Metana

Agensi luar angkasa seperti NASA dan kontraktor swasta seperti SpaceX telah lama mengandalkan reaktor Sabatier untuk menghasilkan bahan bakar metana. Metana adalah propelan roket yang sangat efektif, tetapi penyimpanannya memerlukan sistem pendinginan kompleks pada suhu rendah untuk menjaga agar tetap dalam keadaan cair pada -257.8 derajat Fahrenheit (-161 derajat Celsius).

Metanol dibandingkan metana menawarkan alternatif yang lebih praktis, karena tetap dalam keadaan cair pada suhu dan tekanan normal. Memproduksi suatu bahan kimia cair yang stabil tanpa memerlukan peralatan pendinginan besar-besaran menyediakan cadangan serbaguna yang segera untuk basis Mars di masa depan, untuk pembangkit listrik, pemanasan, transportasi darat, dan manufaktur industri. Selain sebagai bahan bakar, metanol juga dapat digunakan sebagai bahan kimia untuk memproduksi bahan anti-beku, bahan bangunan, dan berbagai produk penting lainnya.

Sejak pendaratan rover Tianwen-1 pada tahun 2021, program luar angkasa Tiongkok telah berkembang pesat. Dengan misi Tianwen-3 yang akan datang yang direncanakan untuk mengambil sampel Mars pertama oleh manusia, pengembangan teknologi pemanfaatan sumber daya in-situ (ISRU) adalah pilihan logis untuk langkah selanjutnya. Namun, sebelum katalis ini dapat diterapkan di luar angkasa, masih ada tantangan rekayasa tertentu. Utamanya, insinyur perlu merancang kompresor ringan untuk menangkap dan menekan udara Mars yang tipis. Secara keseluruhan, para ilmuwan telah membuktikan bahwa kunci untuk bertahan hidup di Mars mungkin adalah belajar memanfaatkan sumber daya yang sudah ada.

Masa Depan Eksplorasi Mars dan Pemanfaatan Sumber Daya

Keberhasilan eksplorasi Mars bergantung pada kemampuan untuk memanfaatkan sumber daya lokal secara efektif, penelitian ini menunjukkan bagaimana mengubah karbon dioksida dalam atmosfer Mars menjadi metanol, menyediakan energi untuk basis luar angkasa di masa depan. Dibandingkan dengan produksi metana tradisional, sifat cair metanol membuatnya lebih mudah disimpan dan digunakan pada suhu dan tekanan normal, yang sangat penting untuk lingkungan hidup di Mars. Seiring dengan perkembangan program luar angkasa Tiongkok, penyempurnaan lebih lanjut dari teknologi ini dapat menjadi langkah penting bagi manusia untuk mendirikan pemukiman di Mars.