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最近的一項研究報告稱，太空人可以使用直接從紅色星球大氣中的二氧化碳轉化而來的火箭燃料從火星返回地球，使用一種稱為電化學還原的技術。

這是一種涉及電解的舊方法，即應用電流來驅動化學反應，但新技巧產生了 甲烷 純度足以用作液體推進劑。 （如今許多火箭發動機都燃燒液氧和液甲烷——包括為猛禽提供動力的火箭發動機 星艦, 火箭 太空探索科技公司 正在开发帮助人类到达火星。 ）

「我們正在做的工作基本上是吸收二氧化碳並利用電力將其轉化為含碳燃料和化學品，」卡特·拉辛在一份報告中說道。 陳述。拉辛是一名博士。德州農工大學機械工程專業的學生，也是密西西比大學化學工程師 Ahmed Badreldin 領導的研究小組的成員。

“你不能把你需要的一切[在火星上]从 地球巴德爾丁補充道，因為每增加一公斤就會增加發射和逃離地球引力的巨大成本和複雜性。所以問題變成了，我們如何利用現有資源來製造太空探索所需的燃料和化學品 目的地可用?”

一種答案是電化學還原，它發生在電解槽中， 電子 從帶負電的陽極流向帶正電的陰極。陽極的水被氧化，意味著它失去一個電子，該電子被轉移到陰極的二氧化碳，其中一個原子獲得一個電子並成為化學家所說的「還原」（意味著其氧化態降低）。然後它可以與從氧化水分子分裂出來的氫和氧原子反應。

陽極含有催化劑，催化劑材料的選擇決定了當還原的碳與氫和氧反應時會產生什麼碳基化合物。例如，金催化劑會產生一氧化碳 (CO)，而銅會產生更複雜的化合物，包括醇、乙醇和甲烷 (CH4)。

Badreldin团队的工作与之前的实验不同之处在于，他们开发了一种掺杂氮气的纳米级铜催化剂，能够产生近乎纯的甲烷。

電化學還原 二氧化碳 以前在地球上的應用中曾被用來生產甲烷。問題是，這些方法除了甲烷之外還產生了大量副產品。在地球上，我們擁有複雜的設備，可以將甲烷與其他不需要的化合物分開，但太空人無法攜帶如此笨重的設備 Mars 當每一公斤都很重要時。這是一個問題，因為甲烷要用作火箭燃料的液體推進劑，它必須是純淨的。

然而，Badreldin 團隊使用的特定銅催化劑能夠比其他化合物優先產生甲烷，因此無需精煉即可產生純淨物。火星上有大量二氧化碳可供利用：雖然 火星的大氣層 雖然很薄，但它的成分卻是 96% 的二氧化碳。

即使宇航员永远不会去火星，这项技术在地球上的实用性也是显而易见的。我们可以从已经存在的二氧化碳中产生甲烷，而不是钻探这种天然气。 我們的氣氛.

拉辛說：“我們希望這樣做，因為目前許多碳基產品最終都來自原始化石資源。” “如果我們能夠利用捕獲的二氧化碳和可再生電力來製造它們，就可以減少對原始化石碳的依賴，並有助於關閉碳循環。”

因此，電化學還原也被建議在地球上用作碳封存技術，將二氧化碳從我們的大氣中吸收出來，作為不必要的二氧化碳。 溫室氣體.

問題在於，將二氧化碳轉化為甲烷作為燃料燃燒，只會以淨零循環的方式將二氧化碳直接釋放回大氣中。理想情況下，我們希望將二氧化碳長期鎖在大氣中，但巴德爾丁認為這項技術還沒準備好。

「我們最終感興趣的是看看我們是否可以超越簡單地回收二氧化碳，轉向淨負值的途徑，」他說。 「這意味著使用二氧化碳作為碳源，同時將其轉化為產品，其中碳儲存或使用的時間足夠長，不會立即釋放回大氣中。”

需要注意的是，最好的緩解方法是 氣候變遷 是停止燃燒所有化石燃料，包括甲烷。然而，在淨零過程中使用電化學二氧化碳還原產生的甲烷，而不是鑽探，可能有助於從化石燃料向再生資源的過渡。

報告這項研究的研究發表在四月的期刊上 ACS催化.