يدرس عالم تدعمه وكالة ناسا كيفية استخدام ثاني أكسيد الكربون - الغاز الرئيسي في الغلاف الجوي للمريخ - لإنتاج وقود الصواريخ والمياه من الكوكب الأحمر.
عندما يصل رواد الفضاء لأول مرة إلى المريخ، سيكون من الصعب عليهم توصيل الإمدادات التي تحتوي على كل الأشياء التي يحتاجونها للبقاء على قيد الحياة. حتى الرحلة الأولى قد تستمر لمدة تصل إلى عامين - ولكن السفن الفضائية لا يمكنها حمل سوى كمية محدودة من الإمدادات. وقال المهندس الكيميائي كين ديبيلاك من جامعة فاندربيلت: "قد نفعل ما فعله المستكشفون على مدى أجيال: أن نعيش على ما تقدمه لنا الأرض".
يعتمد الباحثون على الأرض عادةً على ما يجدونه في الميدان. قد تكون الحيوانات غريبة ولكنها ستكون هناك ويمكن أكلها. لكن التحدي هو نفس التحدي. سوف يرغب رواد الفضاء في سحب ما في وسعهم من الكوكب نفسه. وعلى الرغم من أن الهدف يبدو غير محتمل، إلا أن دوبلاك يعتقد أنه قابل للتحقيق. وهو يعمل على مشروع لوكالة ناسا سيسمح بتحقيق ذلك، كما يقول، يكمن في الغلاف الجوي للمريخ، وهو رقيق جدًا مقارنة بالأرض ويحتوي على 95 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، يبدو أن العيب يمكن أن يتحول إلى ميزة.
ويقول ديبلاك إن ثاني أكسيد الكربون يمكن استخدامه كمادة خام للعديد من المنتجات. في تربة المريخ الصخرية، يتم إخفاء المكونات المفيدة: المغنيسيوم والهيدروجين لوقود الطائرات، والأكسجين للتنفس، والماء للشرب، كل ما هو مطلوب قابل للذوبان لإخراجها، وبعد ذلك يتبين أن ثاني أكسيد الكربون يأتي للإنقاذ. . "عندما يتم ضغط ثاني أكسيد الكربون إلى 73 ضغط جوي وتسخينه إلى 31.1 درجة مئوية فإنه يصبح سائلاً فوق حرج وقابلية ذوبان ممتازة." قال دوبلاك.
السائل فوق الحرج يكون عند ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية. هذه هي حالة التجميع التي يمكن وصفها بأنها غاز شبيه بالسائل. يمكن أن يصبح أي شيء تقريبًا بالغ الأهمية. الماء على سبيل المثال يصبح سائلاً فوق حرج عند الضغط العالي ودرجات الحرارة في التوربينات البخارية. الماء العادي قابل للذوبان بشكل ممتاز. الماء فوق الحرج قابل للذوبان بشكل كبير، وربما جيد جدًا. حتى أنهم يقومون بإذابة أطراف شفرات التوربينات. ثاني أكسيد الكربون في الحالة فوق الحرجة يقوم بنفس الإجراء تقريبًا. تتدفق جزيئات ثاني أكسيد الكربون إلى المادة الصلبة، وتحيط بالذرات، وتدفعها وتفصلها.
مخطط المرحلة: النقطة الحرجة، المميزة بنقطة خضراء كبيرة، هي مزيج خاص من درجات الحرارة (Tc=31 C) والضغط (Pc=73 atm) حيث تكون خصائص ثاني أكسيد الكربون غازًا وسائلًا. فوق النقطة الحرجة، تصبح المادة سائلًا فوق حرج.
على الأرض، لا يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون كثيرًا في الوضع فوق الحرج لإذابة المواد نظرًا لوجود طرق أرخص وأكثر كفاءة في متناول اليد. فهو يستخدم، على سبيل المثال، لتحليل الكافيين الموجود في حبوب القهوة، وأحيانًا أيضًا لتجفيف الملابس النظيفة. ويعتقد ديبلاك أن ثاني أكسيد الكربون سيلعب دورًا أكثر أهمية على المريخ. على سبيل المثال، يمكن صهر المغنيسيوم بسهولة باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج. ابحث عن دوبلاك. "إنها تجربة نحن متحمسون جدًا لها الآن." قائلا. من المؤكد تقريبًا وجود المغنيسيوم في تربة المريخ، ويمكن اشتعاله بسهولة ويمكن استخدامه كوقود للصواريخ. في الواقع، يقول ديبلاك، إن أحد سيناريوهات الهبوط على المريخ يقترح بناء مركبة هبوط كاملة من المغنيسيوم، بما في ذلك أرجل الهبوط. "عندما يكون رواد الفضاء مستعدين للعودة إلى ديارهم، سيكون بمقدورهم تحميل هذه الأجزاء في المحرك، وإضافة المؤكسدات لإشعال الخليط.
"باستخدام ثاني أكسيد الكربون كمذيب، يمكن استخدام المغنيسيوم كوقود، ويمكن استخلاصه من المريخ." يمكن أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج لإنتاج الماء. تحتوي بعض الصخور الموجودة على المريخ، وكذلك بعض أنواع الصخور الموجودة على الأرض، على الهيدروجين. "عندما يتم غمر هذه الصخور في ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج، يحدث تفاعل كيميائي. ويثبت الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون في الصخر، ويترك الأكسجين حرًا ليجد شريكًا آخر - الهيدروجين. ونتيجة هذا الذوبان هي الماء". يقول دوبلاك: "يمكنك استخدامه لصنع الماء وقال دوبلاك: "إن استخراج المياه من الصخر سيكون من أكثر الأشياء ربحية، على الأقل على المدى القصير". وبالإضافة إلى الشرب، سيكون من الممكن استخلاص الهيدروجين مرة أخرى من الماء للحصول على الوقود والأكسجين الذي سيتم إنتاجه. سيتم استخدام الانفصال للتنفس - أو كمؤكسد لنوع ما من المحركات. "في النهاية، سيتمكن المستوطنون من زراعة النباتات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي للمريخ لإنتاج مئات الكيلوجرامات من المواد الخام يوميًا. يتمتع السائل فوق الحرج بالعديد من المزايا مقارنة بالمذيبات الأخرى: تتغير قابلية ذوبانه بشكل كبير عند تغير درجات الحرارة أو الضغط. يمكنك التحكم في العملية بحيث تكون أحيانًا مذيبًا لأغراض معينة وأحيانًا لا تكون كذلك. وهذا يسمح باستعادة المواد المذابة. على سبيل المثال، إذا كنت ترغب في استعادة الكافيين الذي قمت بإزالته من حبوب القهوة (يُستخدم الكافيين المستخرج من صناعة القهوة منزوعة الكافيين في المشروبات الغازية)، فأنت ببساطة تحتاج إلى خفض ضغط ثاني أكسيد الكربون وسيتساقط الكافيين.
في الوقت الحاضر، يحاول دوبلاك رسم خريطة لجميع أنواع سلوك ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج. فهو يتحقق من المعادن التي يمكن أن تذوب بسهولة وتلك التي لا يمكن أن تذوب، وكيف يمكن تحسين قابلية الذوبان. تساعد إضافة مكونات أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون في بعض الأحيان. قائلا. يمكن أن يكون عمل Dublak مفيدًا أيضًا على الأرض. يقع ثاني أكسيد الكربون في دائرة الضوء بسبب دوره في ظاهرة الاحتباس الحراري. ومع ذلك، كمذيب، فهو مفيد. العديد من المذيبات المستخدمة في الصناعة سامة. إنها تسبب السرطان، وإذا دخلت إلى نظام المياه، فإنها تبقى هناك لفترة طويلة. ولذلك فمن المهم دراسة كيفية استخدام ثاني أكسيد الكربون كبديل أخضر. يلعب ثاني أكسيد الكربون دورًا مختلفًا على الأرض وعلى المريخ. "هذا ما يثير الاهتمام." يؤكد ديبلاك.
"بيئة المريخ هي بيئة غريبة عنا. القوانين هناك مختلفة." وقال "لذلك، هذا ما نقوم به: محاولة معرفة ما هي القوانين". ومن ثم يمكننا تحديد كيفية لعب اللعبة على كلا الكوكبين."
