新研究告诉你如何利用电解作用在火星制造人类可呼吸的空气

　　前言
　　之前有几期视频我们介绍了SpaceX和马斯克的火星计划。那么对于未来将要移民火星的人们来说，显然在面对＂长期在火星生存＂这一命题时，脑海里会浮现许许多多的问题，例如，＂我们如何从地球到达火星？＂和＂我们需要带什么东西？＂以及＂可以在火星制造什么，而不必从地球携带？＂
　　显然，火星距离地球十分遥远，我们必须在出发前做好充分的物质准备和思想准备。无论你想到多少问题，其中最基本且最重要的问题是：我们需要解决长期在火星生存所必须的、持续性的、必需品供给，这些必需品中，最重要的两项是——我们呼吸的空气，以及我们做一切活动所必须的能源。
　　可以这么说，为了让火星移民变得真正可行，我们需要实现＂火星版自力更生＂。使用当前星球资源的＂原位资源利用＂技术
　　除了安全的食品生产，我们还需要可靠的氧气来源。一种可能的解决方案是从火星盐中产生氧气，这是一种水（H2O）中的高浓度盐溶液。与传统氧气生产相比，这一技术预计其生产所消耗的电力将减少25倍。
　　著名的杰泽罗陨石坑，几十亿年前看起来可能是这样的。火星表面下可能仍然有盐水，可以用来产生氧气和燃料
　　NASA计划在2024年前派一名宇航员登上月球；在2030年左右，将实施载人登陆火星的计划。同时，将逐步在月球、火星上建立永久的载人基地。基地的配置和要求显然与短期任务的配置不同，因为这些长期驻扎的基地必须实现在基本设施上的自给自足。
　　目前的主要计划和技术路线，是＂原位资源利用（ISRU）＂。这项技术的主要目的是利用当前星球上的主要资源，制造人类生存所需的最基本物质（比如氧气），从而实现在当前星球长期生存的目的。对火星移民的重要作用和意义
　　对于火星移民而言，一个主要的资源问题是如何为火星基地的工作人员提供足够的氧气来呼吸。因为火星只有稀薄的大气层，其表面压力不到地球的百分之一，并且这些大气中96%是二氧化碳，只有约0.1%的氧气。而与之相比，地球大气中有21%的氧气。
　　因此，在火星制氧，就是一个摆在面前必须解决的问题。为了验证制氧的可行性，NASA发射的＂毅力号＂火星车已经在前往火星的途中，它就携带了一个名为＂莫希＂的实验装置。
　　毅力号火星车
　　莫西试验的目的是证明火星大气中的二氧化碳可以通过电分解成氧气和一氧化碳的混合物，通过电解的过程来制造氧气。如果这项试验能如预期的那样起作用，氧气就可以被收集起来，用来给火星移民提供呼吸的氧气，或者作为燃料的一种成分。随制氧过程生成的一氧化碳是多余产物，会被排放到火星大气中。
　　同时，一项新的研究提出了一种利用火星上发现的盐来制造可呼吸的氧气和燃料的方法，如果能够实现，将大大增加火星移民的可行性。显然，这一技术对火星而言，重要性要明显高于月球——火星离地球要远得多，同样的氧气运送到火星所需要的时间和运输成本也要高的多。
　　这种新的利用火星盐的方法具有明显的优势，因为它可以减少25倍的电力来产生等量的氧气。无论你是使用太阳能电池还是核燃料电池，可用的能量都是有限的，所以如此大幅降低制氧的能耗，真是巨大的进步和收获。
　　在这项新的研究中，美国华盛顿大学科研团队演示了如何有效地利用电解作用从盐水中同时产生氧气和氢气。试验证明，从高氯酸镁的浓缩溶液中，能够非常容易的通过电解将盐水中的水分解成氧和氢。
　　请注意，根据火星车的调查分析，高氯酸镁是火星表面发现的盐的组成部分，比如2008年在火星极北着陆的NASA凤凰号着陆器的腿上出现液滴。好奇号探测器也在火星赤道以南发现了高氯酸钙盐水的证据。
　　如果你在火星上有盐水的地方着陆，只要有无限的盐水和电，你就可以随心所欲地制造氧气。高氯酸盐盐水电解效率的突破与制氧电极的组成有关。为此，这项研究使用了一种叫做焦绿石的矿物，这种矿物由铅和钌的氧化物组成，它作为一种＂电催化剂＂使电解过程更快、更容易。
　　火星车的莫西电解试验，以及利用焦绿石的火星盐电解试验，是否就是在火星上制造氧气的最佳方案，这个还有待于试验和分析。两者相比，盐水电解将产生副产品——氢气，这是1莫西二氧化碳电解所不能获得的，因为氢气可以用作火箭燃料，所以火星盐电解好像更有价值和效率。实际上，如果你想这样做，你需要消耗掉氧气作为燃料的补充成分。但至少这给了你一个选择：吸入氧气或将其用于氢加氧的混合燃料中。
　　当然，这两种方案都不能解决往返火星的几个月旅程中所需要的氧气，因此必须还要找到回收利用氧气的解决方案，就像今天在国际空间站上一样。这些在火星表面也很重要。
　　当然，还有另一种补充氧气的方法，那就是在火星基地种植绿色植物，利用绿植的光合作用，吸收船员呼出的二氧化碳释放氧气。同时，绿植还可以作为机组人员的新鲜食物来源。
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