- 中国科学家研发的催化剂能将火星大气转化为甲醇。
- 甲醇可作为外星基地的能源，支持发电和供暖。
- 新型催化剂 MOF-808-NaCu 显著提高二氧化碳转化效率。
- 在火星生存需依赖当地资源，减少地球运输需求。
中国科学家研发出一种催化过程，能将稀薄的火星大气转化为多用途的甲醇。来自合肥深空探索实验室的团队开发出一种双位点催化剂，将铜和钠结合在一种多孔晶体支撑物上，将二氧化碳和氢气（来源于当地冰）转化为甲醇燃料。在测试中，这种钠增强催化剂每公斤催化剂每小时产生 245 克甲醇，据报道这一产量比单独使用铜的产量高出“11 倍”。该材料还减少了不必要的副产品，并在 12 小时的测试中保持稳定性能。
甲醇的多用途能源角色
甲醇为维持外星基地提供了解决方案，可以作为发电、供暖以及为行星探测车提供动力的可靠能源。
研究人员在研究论文中写道：“优化的催化剂，特别是 MOF-808-NaCu，显著增强了二氧化碳氢化反应性能，交付的甲醇时空产量为 245 g·kgcat –1 ·h –1。”他们补充道：“这些发现阐明了相邻碱金属位点在双位点催化中的促进作用，并为未来火星探索应用的高效二氧化碳转化提供了一种材料设计策略。”
在火星上建立人类定居点是外星生活的终极梦想，但其后勤挑战巨大。火星大气中 95%以上由二氧化碳组成，使生存变得困难。从地球运输数千吨燃料跨越数百万公里的深空是极其昂贵的，因此未来的定居者需要直接在红色星球上生产必需品。这一未来首先需要在地球上进行广泛的研究。研究员张哲及其团队合成了一种名为 MOF-808-NaCu 的双位点催化剂。该材料基于多孔金属有机框架（MOF-808），将铜原子与邻近的钠促进剂直接配对。
钠就像一种化学磁铁，吸引进入的二氧化碳分子并改变其电子结构，将其固定在位置上，以便相邻的铜位点可以利用从当地火星水冰中分离出的氢进行氢化反应。
甲醇相对于甲烷的优势
像 NASA 这样的太空机构及 SpaceX 等私营承包商长期以来一直依赖萨巴提尔反应器来生成甲烷燃料。甲烷作为一种强效的火箭推进剂，但储存它需要复杂的低温冷却系统，以保持其在 -257.8 华氏度 (-161 摄氏度) 的液体状态。
甲醇相比甲烷提供了一种更为实用的替代方案，因为它在常温常压下保持液态。生产一种在不需要大规模冷却设备的情况下稳定的液体化学物质，为未来的火星基地提供了一个即时的多用途储备，用于供电、供暖、地面运输和工业制造。除了作为燃料外，甲醇还可以作为化学原料，用于制造防冻剂、建筑材料和各种必需产品。
自 2021 年天问一号探测器着陆以来，中国的太空计划迅速发展。随着即将到来的天问三号任务计划进行人类首次火星样本回收，开发原位资源利用（ISRU）技术是迈向下一步的逻辑选择。然而，在这种催化剂可以被部署到外太空之前，仍然存在某些工程挑战。主要是工程师需要设计轻型压缩机，以捕捉并加压稀薄的火星空气。总体来说，科学家们证明了在火星生存的关键可能正是学会利用已经存在的资源。
火星探索与资源利用的未来
火星探索的成功与否在于能否有效利用当地资源，这项研究展示了如何将火星大气中的二氧化碳转化为甲醇，为未来的外星基地提供能源。相较于传统的甲烷生产，甲醇的液态特性使其在常温常压下更易于储存和使用，这对于火星的生存环境至关重要。随着中国太空计划的发展，这项技术的进一步完善将可能成为人类在火星建立定居点的重要一步。