Mars’ta yakıt üretimi için yeni katalizör: Metanol sentezinde 11 kat artış

Çin’in Hefeikentindeki Derin Uzay Keşif Laboratuvarı araştırmacıları, Mars’ta yerel kaynaklardan yakıt ve kimyasal hammadde üretimine yönelik yeni bir katalizör tasarladı. Çalışma, gezegen atmosferindeki karbondioksitin, su buzundan elde edilebilecek hidrojenle birleştirilerek metanole dönüştürülmesine odaklanıyor.

Bakır ve sodyumu gözenekli bir metal-organik çerçevede bir araya getiren malzeme, laboratuvar ortamında metanol üretim hızını artırdı. Yöntemin, insanlı keşif görevlerinde Dünya’dan taşınacak malzeme miktarını ve lojistik maliyetleri azaltmayı amaçlayan ‘yerinde kaynak kullanımı’ (ISRU) çalışmalarına katkı sağlaması hedefleniyor.

Mars atmosferinin yüzde 95’inden fazlasını oluşturan karbondioksit, bu yaklaşımın temel hammaddesi konumunda. Üretilecek metanolün enerji, ısınma, yüzey taşımacılığı ve endüstriyel üretimde değerlendirilmesi öngörülüyor.

BAKIR VE SODYUM BİRLİKTE ÇALIŞIYOR

Zhang Zhe liderliğindeki ekibin geliştirdiği ‘MOF-808-NaCu’ adlı katalizör, bakır atomlarını komşu sodyum merkezleriyle eşleştiriyor.

Sodyum merkezleri, karbondioksit moleküllerini çekerek elektronik yapılarını kararlı hale getiriyor. Bitişikteki bakır merkezleri ise hidrojenasyon reaksiyonunda görev alıyor. Mars’ta uygulanması planlanan sistemde, gerekli hidrojenin gezegendeki su buzundan elde edilmesi amaçlanıyor.

Laboratuvar testlerinde, katalizörün kilogramı başına saatte 245 gram metanol üretildi. Bu hızın, yalnızca bakır içeren standart katalizörlere göre 11 kat daha yüksek olduğu bildirildi. Malzeme, 12 saatlik kesintisiz deney boyunca istenmeyen yan ürünlerin oluşumunu engelleyerek kararlı çalıştı.

SIVI METANOL DEPOLAMAYI KOLAYLAŞTIRABİLİR

NASA ve SpaceX, Mars atmosferindeki karbondioksitten Sabatier reaktörleriyle metan üretmeye odaklanıyor. Ancak metanın sıvı halde depolanması, yaklaşık eksi 161 santigrat dereceye kadar soğutulmasını gerektiriyor. Bu ihtiyaç, soğutma ve depolama altyapısını karmaşıklaştırıyor.

Metanol ise normal atmosfer basıncında ve ortam sıcaklığında sıvı kalabiliyor. Bu özellik, büyük kriyojenik soğutma sistemlerine ihtiyaç duyulmadan depolanabilmesi açısından avantaj sunuyor. Buradaki ortam sıcaklığı ifadesi, katalitik üretim koşullarını değil, metanolün sıvı halde saklanabilmesini tanımlıyor.

Araştırmacılar, metanolün Mars üslerinde elektrik üretimi, yaşam alanlarının ısıtılması ve yüzey keşif araçlarına güç sağlanması gibi alanlarda kullanılabileceğini belirtiyor. Aynı zamanda kimyasal hammadde olan metanolün, antifriz ve inşaat malzemesi üretiminde de değerlendirilmesi mümkün görülüyor.

TİANWEN GÖREVLERİYLE YEREL KAYNAK HEDEFİ

Çin uzay programı, 2021’de Tianwen-1 görevi kapsamında Mars yüzeyine iniş gerçekleştirdi. Gezegenden Dünya’ya kayaç ve toprak örnekleri getirmeyi amaçlayan Tianwen-3 görevi öncesinde, yerel kaynakların kullanılmasına yönelik teknolojiler de öncelikli çalışma alanları arasında bulunuyor.

Yeni katalizörün Mars’ta kullanılabilecek bir üretim tesisine dönüştürülmesi için laboratuvar sonuçlarının mühendislik uygulamalarıyla desteklenmesi gerekiyor.

İNCE ATMOSFERDEN KARBONDİOKSİT TOPLANACAK

Başlıca güçlüklerden biri, Mars’ın düşük basınçlı atmosferinden karbondioksitin toplanarak reaktöre aktarılması. Bunun için yüksek verimli, hafif ve aşırı soğuğa dayanıklı gaz kompresörlerinin geliştirilmesi gerekiyor.

Karbondioksitin yeterli miktarda ve uygun koşullarda reaktöre ulaştırılması, katalizörün sahadaki üretim kapasitesini belirleyecek temel unsurlar arasında yer alıyor.