Kategorie
Kosmologia

Chemia na potrzeby osadników

Pracując dla Pioneer Astronautics w 1997 roku, Brian France, Tomiko Kito i ja zademonstrowaliśmy, że katalizator w postaci płytki aluminiowej napylonej miedzią jest bardzo przydatny w tej reakcji i że przy użyciu skraplacza wody oraz membrany do oddzielania powietrza w pętli zwrotnej reaktora RWGS można uzyskać wydajność zbliżoną do 100%.

Gdy przeprowadzamy reakcję RWGS przy użyciu dodatkowego wodoru, powstaje uboczny strumień gazów, zawierający CO oraz H2- Znany jest on pod nazwą gazu syntezowego i może zostać użyty w reakcji egzotermicznej w innej komorze katalitycznej do produkcji metanolu (reakcja 7.7), propylenu (reakcja 7.8) lub innych paliw. Tego typu wykorzystanie gazów ubocznych reakcji RWGS, by wytworzyć metanol, zostało zademonstrowane w 1997 roku w Pioneer Astronautics, a produkcję propylenu zaprezentował ten sam zespół w ramach tego samego programu badawczego w roku 1998

Na Marsie gaz buforowy dla systemów zaopatrujących w powietrze, składający się z azotu i argonu, może być wydobywany bezpośrednio z atmosfery za pomocą pomp, gdyż gazy te stanowią, odpowiednio, 2,7 i 1,6% atmosfery. Woda również może być odzyskiwana z atmosfery przy użyciu zeolitowych materiałów sorpcyjnych, co zademonstrowali Adam Bruckner, Steve Coons i John Williams z Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Ewentualnie, można ją także odparowywać z gleby, która według wyników badań sond Viking zawiera 1% wody (a może nawet więcej), lub odzyskiwać ze zmarzliny. Do podpowierzchniowych złóż wody ciekłej dostać się można za pomocą odpowiednich wierteł.

Również żelazo można bez większych kłopotów produkować na Marsie dzięki reakcjom poniżej. Mówię „bez większych kłopotów”, gdyż potrzebny surowiec, Fe2O3, jest związkiem tak wszechobecnym na planecie, że nadaje jej czerwonawą barwę.

Reakcja 1 jest lekko endotermiczna (zużywająca energię) i może przebiegać w połączeniu z systemem elektrolizy wody, wytwarzając również tlen. Reakcja 2 jest lekko egzotermiczna (produkująca energię) i da się ją wykorzystać do dodatkowej produkcji tlenu – w połączeniu z elektrolizerem i modułem RWGS. Uzyskane żelazo może być użyte w formie podstawowej lub przetworzone na stal, jako że węgiel, mangan, fosfor, krzem, nikiel, chrom i wanad, kluczowe pierwiastki wykorzystywane przy produkcji podstawowych związków węglowych i nierdzewnych stopów stali, są stosunkowo powszechne na Marsie.

Tlenek węgla produkowany przez moduł RWGS może posłużyć do uzyskiwania węgla w reakcji:

Reakcja ta jest egzotermiczna i przebiega spontanicznie pod wysokim ciśnieniem i w temperaturze około 600°C. Wyprodukowany w ten sposób węgiel może zostać wykorzystany do produkcji krzemu lub aluminium poprzez reakcje:

Zarówno SiO2, jak i Al2O3 to związki powszechne na Marsie, więc uzupełnianie zapasów nie stanowi problemu. Reakcje są, niestety, bardzo endotermiczne. Z tego powodu do budowania marsjańskich konstrukcji będzie używana raczej stal, aluminium zaś – tylko w razie konieczności.

Na planetoidach

Planetoidy są bogate w metale, a ponadto zawierają węgiel, więc większość reakcji opartych na węglu, a opracowanych na potrzeby osadników marsjańskich, będzie można wykorzystać również na ich powierzchni. Z pewnością najbardziej opłacalną działalnością dla górników okaże się wydobywanie czystych metali i ich eksport na Ziemię. Jedną z metod, proponowaną przez naukowców z Uniwersytetu Arizony, jest produkowanie związków karbonylowych.

Na przykład tlenek węgla można połączyć z żelazem w temperaturze 110°C i uzyskać karbonylek żelaza [Fe(CO)5], związek ciekły w temperaturze pokojowej. Można go wlać do formy, a następnie podgrzać do temperatury 200°C, w której się rozłoży. Czyste, bardzo wytrzymałe żelazo pozostanie w formie, podczas gdy tlenek węgla uwolni się i będzie mógł zostać ponownie użyty. Podobne karbonylki można utworzyć z tlenku węgla oraz niklu, chromu, osmu, irydu, rutenu, renu, kobaltu i tungstenu. Każdy z nich rozpada się w trochę innych warunkach, co pozwala na oczyszczać mieszaninę karbonylków poprzez kolejne oddzielanie poszczególnych metali, po jednym na raz.

Dodatkową zaletą tej metody są możliwości, jakie otwiera w dziedzinie precyzyjnego, niskotemperaturowego odlewania metali. Można na przykład użyć karbonylku żelaza i, powodując jego rozpad, nakładać żelazo warstwowo, co pozwoli na tworzenie pustych w środku obiektów o dowolnie skomplikowanym kształcie. Z tego powodu produkcja karbonylków oraz napylanie z pewnością znajdą równie szerokie zastosowanie na Marsie.

Zgodnie z balladą Dayy Crockett „znał każde drzewo”. Jego następcy kolonizujący kosmiczne pogranicze będą musieli znać każdą skałę.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *