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文章介紹了研究人員為NASA以后載人上太空的計(jì)劃設(shè)計(jì)了一個(gè)新型電解系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以將鹽水轉(zhuǎn)化為可用的產(chǎn)品，并且是緊湊和輕量級(jí)的。可以在火星上自給自足，更符合經(jīng)濟(jì)性原則。

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NASA計(jì)劃十年后首次將宇航員送上火星。該計(jì)劃基于幾十年來的機(jī)器探測(cè)的成果，即從火星表面搜集樣本并送回地球進(jìn)行研究。

考慮到距離遙遠(yuǎn)，任何在火星表面進(jìn)行的操作都需要盡可能做到自給自足，即在火星上就地取材。

例如利用火星上的水制造氧氣，飲用水，以及火箭燃料，由于火星上的液態(tài)水都是鹽水，因此這些任務(wù)將是個(gè)挑戰(zhàn)。

幸運(yùn)的是，一個(gè)來自圣路易斯華盛頓大學(xué)Mcklvey工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型電解系統(tǒng)，能將鹽水轉(zhuǎn)化為可直接使用的產(chǎn)品，且該系統(tǒng)同時(shí)具有輕巧便攜的優(yōu)點(diǎn)。

該團(tuán)隊(duì)由華盛頓州立大學(xué)能源、環(huán)境與化學(xué)工程系Roma B. 和Raymond H. Wittcoff

特聘教授Vijay Ramani.領(lǐng)導(dǎo)，團(tuán)隊(duì)成員為兩位來自該校太陽能及能源存儲(chǔ)中心的研究者Pralay Gayen 和 Shrihari Sankarasubramanian。

這種新型工具符合NASA 承諾的“現(xiàn)場(chǎng)能源使用技術(shù)”（ISRU），即未來的航天任務(wù)無需太依賴于能量補(bǔ)給。

相比目前的電解系統(tǒng)，新型電解工具更加有效和便攜，這同樣符合NASA及其它航天機(jī)構(gòu)致力于減少發(fā)射有效荷載成本的想法。

傳統(tǒng)的電解器依賴電力和電解液燃料電池將化合物分解，然后將其重新組合成新物質(zhì)。

“毅力”號(hào)火星探測(cè)車（將于2021年2月18日抵達(dá)火星）正在進(jìn)行一項(xiàng)被稱為“火星

氧氣原位利用” (MOXIE)的實(shí)驗(yàn)，利用一個(gè)固體氧化物電解池(SOEC)利用火星大氣中的二氧化碳制造氧氣。

MOXIE儀器被裝入“毅力”號(hào)火星探測(cè)車(NASA/JPL-Caltech)

水電解槽以類似的方式將水分解并產(chǎn)生氧氣(O2)和氫氣(H2)，后者可以用于產(chǎn)生液態(tài)氫或

肼類燃料(N2H4)。

然而上述儀器僅限于使用純凈水或去離子水，對(duì)鹽水則無計(jì)可施，唯一的方法是事先將水脫鹽，這就需要再用到海水淡化器。

華盛頓州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過運(yùn)用新的方法，開發(fā)出第一臺(tái)可以直接作用于鹽水的電解器，而鹽水在火星上隨處可見。如Ramani在一次華盛頓州立大學(xué)刊物the Source的采訪中所說：

我們的新型鹽水電解器使用了釕酸鉛燒綠石陽極（lead ruthenate pyrochlore anode）和鉑碳陰極platinum on carbon cathode），這些精心開發(fā)的部件與傳統(tǒng)電化工程的完美結(jié)合造就了這項(xiàng)杰作。

火星上存在鹽水的說法近年來已被各項(xiàng)火星探測(cè)活動(dòng)證實(shí)，其中鳳凰號(hào)火星探測(cè)器于2008年帶回火星土壤樣本，在將樣本中的冰融化后，發(fā)現(xiàn)其含鹽量極高。

火星表面下水的（藝術(shù)效果圖）（來自歐洲航天局）(ESA)

歐洲航天局的火星快車號(hào)同樣在火星發(fā)現(xiàn)了幾處地下液態(tài)水---它們之所以保持液態(tài)，是由于當(dāng)?shù)卮嬖诟呗人徭V。

因此，一個(gè)能夠直接利用鹽水的系統(tǒng)（不需依賴額外的脫鹽裝置）能夠顯著提升“現(xiàn)場(chǎng)能源使用技術(shù)”（ ISRU）所產(chǎn)生的效果，無論是在火星還是其它目標(biāo)星球。

正如Sankarasubramanian所說，新系統(tǒng)不僅適合處理火星水，且很可以達(dá)到更好的效果。

“矛盾的是，溶解在水中的高氯酸鹽，即所謂的雜質(zhì)，在火星那樣的環(huán)境中實(shí)際上起到了積極的作用。它可以使水免于上凍，并通過降低電阻的方式提升了電解器的工作性能。

據(jù)麻省理工（MIT）的技術(shù)人員之前進(jìn)行的各種測(cè)試結(jié)果顯示，MOXIE電解器可以用300瓦特電在一小時(shí)內(nèi)制造的氧氣可達(dá)10克（0.35盎司）

相比之下，Ramani及其同事所研制的設(shè)備在用電量相同的情況下可以達(dá)到每小時(shí)250克的氧氣產(chǎn)出量（8.8盎司，或1/2磅），（更別提產(chǎn)出的氫氣了）。

此外，新設(shè)備在模擬火星環(huán)境中，即氣壓極低，氣溫低至-36C (-33F)的條件下與在類似地球的環(huán)境中表現(xiàn)同樣出色。

Ramani補(bǔ)充道：“我們的火星鹽水電解器從根本上改變了去往火星及更遙遠(yuǎn)的星球的物流運(yùn)算?！?/p>

“該項(xiàng)技術(shù)同樣可以用于開發(fā)地球上的海洋，使其成為氧氣和能源的來源?！?/p>

Pralay Gayen，Ramani研究小組的一名博士后補(bǔ)充道：“在將這些電解器用于嚴(yán)酷的模擬火星環(huán)境后，我們也計(jì)劃將它們置于更溫和的地球環(huán)境中，利用咸淡水或鹽水制造氫氣和氧氣，例如通過電解海水的方式。“

在地球上，海水電解器可以被置于潛水器中用于執(zhí)行一些遠(yuǎn)距離的深海任務(wù)。

它還可以大幅擴(kuò)大能源產(chǎn)業(yè)范圍，即電解器可以利用海水中制造氫氣燃料電池（利用氫氣和氧氣發(fā)電）。

對(duì)上述發(fā)現(xiàn)的研究（名為“從火星上的角礫巖所含的鹽水中收獲能源與氧氣），近期刊登在Proceedings of the National Academy of Science ?(PNAS).周刊上。

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by: MATT WILLIAMS

FY: sissimine

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