- 中國科學家研發的催化劑能將火星大氣轉化為甲醇。
- 甲醇可作為外星基地的能源，支持發電和供暖。
- 新型催化劑 MOF-808-NaCu 顯著提高二氧化碳轉化效率。
- 在火星生存需依賴當地資源，減少地球運輸需求。
中國科學家研發出一種催化過程，能將稀薄的火星大氣轉化為多用途的甲醇。來自合肥深空探索實驗室的團隊開發出一種雙位點催化劑，將銅和鈉結合在一種多孔晶體支撐物上，將二氧化碳和氫氣（來源於當地冰）轉化為甲醇燃料。在測試中，這種鈉增強催化劑每公斤催化劑每小時產生 245 克甲醇，據報導這一產量比單獨使用銅的產量高出“11 倍”。該材料還減少了不必要的副產品，並在 12 小時的測試中保持穩定性能。
甲醇的多用途能源角色
甲醇為維持外星基地提供瞭解決方案，可以作為發電、供暖以及為行星探測車提供動力的可靠能源。
研究人員在研究論文中寫道：“優化的催化劑，特別是 MOF-808-NaCu，顯著增強了二氧化碳氫化反應性能，交付的甲醇時空產量為 245 g·kgcat –1 ·h –1。”他們補充道：“這些發現闡明瞭相鄰鹼金屬位點在雙位點催化中的促進作用，並為未來火星探索應用的高效二氧化碳轉化提供了一種材料設計策略。”
在火星上建立人類定居點是外星生活的終極夢想，但其後勤挑戰巨大。火星大氣中 95%以上由二氧化碳組成，使生存變得困難。從地球運輸數千噸燃料跨越數百萬公里的深空是極其昂貴的，因此未來的定居者需要直接在紅色星球上生產必需品。這一未來首先需要在地球上進行廣泛的研究。研究員張哲及其團隊合成了一種名為 MOF-808-NaCu 的雙位點催化劑。該材料基於多孔金屬有機框架（MOF-808），將銅原子與鄰近的鈉促進劑直接配對。
鈉就像一種化學磁鐵，吸引進入的二氧化碳分子並改變其電子結構，將其固定在位置上，以便相鄰的銅位點可以利用從當地火星水冰中分離出的氫進行氫化反應。
甲醇相對於甲烷的優勢
像 NASA 這樣的太空機構及 SpaceX 等私營承包商長期以來一直依賴薩巴提爾反應器來生成甲烷燃料。甲烷作為一種強效的火箭推進劑，但儲存它需要複雜的低溫冷卻系統，以保持其在 -257.8 華氏度 (-161 攝氏度) 的液體狀態。
甲醇相比甲烷提供了一種更為實用的替代方案，因為它在常溫常壓下保持液態。生產一種在不需要大規模冷卻設備的情況下穩定的液體化學物質，為未來的火星基地提供了一個即時的多用途儲備，用於供電、供暖、地面運輸和工業製造。除了作為燃料外，甲醇還可以作為化學原料，用於製造防凍劑、建築材料和各種必需產品。
自 2021 年天問一號探測器著陸以來，中國的太空計劃迅速發展。隨著即將到來的天問三號任務計劃進行人類首次火星樣本回收，開發原位資源利用（ISRU）技術是邁向下一步的邏輯選擇。然而，在這種催化劑可以被部署到外太空之前，仍然存在某些工程挑戰。主要是工程師需要設計輕型壓縮機，以捕捉並加壓稀薄的火星空氣。總的來說，科學家們證明瞭在火星生存的關鍵可能正是學會利用已經存在的資源。
火星探索與資源利用的未來
火星探索的成功與否在於能否有效利用當地資源，這項研究展示了如何將火星大氣中的二氧化碳轉化為甲醇，為未來的外星基地提供能源。相較於傳統的甲烷生產，甲醇的液態特性使其在常溫常壓下更易於儲存和使用，這對於火星的生存環境至關重要。隨著中國太空計劃的發展，這項技術的進一步完善將可能成為人類在火星建立定居點的重要一步。