成功從 CO₂ 分離出氧氣，NASA 要在火星建造製氧工廠

皇帝 | 2023-9-26 11:07:10

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人類移居火星目標又邁進一大步。美國太空總署 (NASA) 2021 年發射的毅力號火星車有搭載一個裝置，成功將火星稀薄的空氣轉為氧氣，經過十幾次運轉產生的氧氣夠小狗呼吸 10 小時。科學家下一步是擴大成製造氧氣和火箭燃料的技術，最終目標是火星建設製氧工廠。

火星大氣 95% 由二氧化碳和 3% 氮氣組成，只有微量氧氣。NASA 一直在測試就地資源利用的可能性，2021 年讓麻省理工學院設計的大小如烤麵包機設備 MOXIE，跟著毅力號火星車前往火星，看看是否能製造氧氣。

該設備每次運作 1 小時，測試儀器是否可在整個火星年不同大氣條件下運作，包括夜間和白天溫度變化超過 100℃ 時產生氧氣。二氧化碳為一個碳原子和兩個氧原子，MOXIE 工作原理是利用電化學過程分離出氧分子並排放一氧化碳廢物，當氣體流過儀器時，系統會分析氧氣純度和數量。由於製氧過程會消耗大量電力，且需要 800℃ 高溫運轉，科學家使用金塗層和氣凝膠等耐熱材料製造，防止熱量散發並破壞設備。

結果比研究人員預期成功，2.5 年內產生 122 公克氧氣，足夠讓一隻小狗活十小時。NASA 稱，最大生產程度每小時可產生 12 公克氧氣，是預估兩倍，純度 98% 以上。證明設備可行性後，下步計劃是擴大規模，建立更大更先進系統，包括氧氣產生器，以及液化和儲存氧氣的方法。

NASA 最終目標是有一天產生足夠氧氣供人類呼吸，並為火星返回的火箭提供燃料。研究人員估計，若目標是兩年半後第一批人類上火星，為了滿足從火星返回地球時需要的火箭燃料，氧氣產生速度必須為每小時 2~3 公斤，目前 MOXIE 速度為每小時 6~8 公克，所以系統得比 MOXIE 大幾百倍。氧氣還必須液化才能當成火箭推進劑，目前 MOXIE 無法做到這點。

擴大規模過程還有許多問題待解決，現在儀器一次只能運轉 1 小時，理想系統是自動模式連續生產 25~30 噸氧氣，連續運作 1 萬小時。科學家還要觀察儀器長期處在火星惡劣氣候是否老化退化。氧氣製造工廠需要消耗大量電力，科學家表示，NASA Kilopower 裂變反應堆可能是解決方案。製氧工廠還必須高度可靠且有自動能力，畢竟火星氣候變化很大，全尺寸 MOXIE 系統要連續運行，必須能自動調整以適應火星大氣。