月壤或可生产氧气和燃料！一起来瞧瞧地外人工光合成技术是怎么回事

2022-05-11 22:48:14来源：央广网编辑：居小桃

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　　原标题：月壤或可生产氧气和燃料！一起来瞧瞧地外人工光合成技术是怎么回事

　　央广网北京5月11日消息据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，近日，南京大学等机构的研究团队在国际学术期刊《焦耳》发表文章称，团队在详细分析嫦娥五号取回的月壤的元素和矿物结构后，发现月壤含有一些活性化合物。它们可以作为催化剂，借助太阳光，将水和二氧化碳转化为氧气、氢气和甲烷、甲醇。

　　这项工作为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供了潜在方案，并且只需要月球上的太阳能、水和月壤。基于该系统，人类或可实现“零能耗”的地外生命保障系统，真正支持月球探测、研究和旅行。实现在月球上长期生存将是载人深空探测漫长旅途的一个重要里程碑。

　　科研团队是如何找到这些催化剂的？月壤实际的催化效率如何？研究采用的地外人工光合成技术是怎么回事？离实际应用还有多远？

　　科研团队是如何找到这些催化剂的？

　　该论文第一作者、南京大学教授姚颖方介绍，2021年，南京大学获得了1克嫦娥五号带回的月壤样本，并对其进行研究。此次刊发成果的科研团队仅利用了其中的0.2克。与传统的基于地质分析手段的月壤研究不同，此次研究是基于材料分析手段对月壤进行分析。

　　月壤是大量矿物成分的混合物，为了从中提取信息，研究团队采用机器学习等方法对其中约0.1克的月壤矿物成分及元素进行了多次分析，发现嫦娥五号月壤中含有约24种晶体矿物成分，包括8种活性材料。特别是其中的铁元素和钛元素，经前期研究发现，其作为催化材料具有非常好的性能。

　　图片来源：南京大学新闻网

　　在此基础上，研究团队将另外约0.1克的月壤作为催化材料进一步进行分析，分别筛选了其中利用太阳能进行驱动的催化方式，并对其性能和选择性进行评估，进而从中挑选出最适合月壤的催化方式。

　　月壤实际的催化效率如何？

　　通过将嫦娥五号月壤、模拟的美国阿波罗计划取回的月壤及地球表面成分相似的玄武岩进行对比，研究团队发现，嫦娥五号月壤在性能上，其转化效率有数量级的提升，在10倍左右。在选择性上，后两者最终产物主要是一氧化碳，在实际太空航行过程中属于无用或有害物质，而嫦娥五号月壤的最终产物只有甲烷和甲醇。甲醇是人类有机合成中的主要原料，而甲烷是太空飞行器在地外极其需要的燃料成分。

　　研究指出，月球表面长期受到太阳风的照射，导致月壤表面具有大量的囊泡和微孔，姚颖方猜测，正是这样的结构进一步提高了月壤的催化性能。

尽管月壤的催化效率低于地球上可用的催化剂，但采用原位的地外人工光合成技术，可以大幅度减少人类进入外太空的载荷，节约了很大的成本。姚颖方认为：“虽然它的催化效率目前比较　　低，但不代表未来不能变高。下一步我们将尝试对月壤进行分离和提取，如果能够提取出活性更高的成分，并实现月壤原地获取和分离，未来将有机会完成地外人工光合成装置和系统的搭建，以达到地外人类长期生存的目的。”

　　图片来源：南京大学新闻网

　　什么是地外人工光合成技术？它离实际应用还有多远？

　　自然界植物的光合作用，是指利用太阳将水和二氧化碳转化为储存能量的有机物，人工光合成技术就是采用人工的材料进行替代，将水和二氧化碳结合产生燃料和氧气的过程。而地外人工光合成指的就是在外太空通过原位太阳能或其他能量的利用，实现人工光合成的过程。

　　但月球上高真空、极限温度以及强辐射的环境，对于人类在月球表面生存以及材料抗腐蚀性能都提出了极大的挑战。而要最终在月球上实现工业化生产氧气、氢气、甲烷和甲醇，同样还有很多技术难关要攻克。首先，要考虑如何在月球表面提取月壤中水资源的问题；其次，若想要搭建地外人工光合成的一整套工业体系，不仅是航天学，同时也包括工程学、物理学、化学和材料学等，都需要进一步深入研究，才有望实现这一过程。

　　虽然地外人工光合成技术转化的氧气体量有限，但能够用于人类在地外的生命存续，对于人类呼吸生存来说非常重要。姚颖方展望道：“这一技术实现以后，将有助于未来人类实现在月球表面建立月球基地的宏伟蓝图，并进一步向更深更远的地外进行探索。”

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