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Produzir combustível para foguetes a partir do ar rarefeito de Marte: uma nova descoberta pode fazer isso acontecer
Os astronautas poderiam viajar de Marte de volta à Terra usando combustível de foguete convertido diretamente do dióxido de carbono na atmosfera do Planeta Vermelho, usando uma técnica conhecida como redução eletroquímica, relata um estudo recente.
É um método antigo que envolve eletrólise, que é a aplicação de uma corrente elétrica para provocar uma reação química, mas o novo truque produz metano puro o suficiente para ser usado como propelente líquido. (Atualmente, vários motores de foguete queimam oxigênio líquido e metano líquido – incluindo os Raptors que alimentam Nave estelaro foguete EspaçoX está se desenvolvendo para ajudar a humanidade a chegar a Marte.)
“O trabalho que estamos fazendo é basicamente pegar CO2 e usar eletricidade para convertê-lo em combustíveis e produtos químicos que contenham carbono”, disse Carter Racine em um comunicado. declaração. Racine é Ph.D. estudante de engenharia mecânica na Texas A&M University e membro da equipe de estudo, liderada pelo engenheiro químico da Universidade do Mississippi, Ahmed Badreldin.
“Você não pode trazer tudo o que precisa (em Marte) de Terraporque cada quilograma adicional acrescenta enorme custo e complexidade para lançar e escapar da gravidade da Terra”, acrescentou Badreldin. “Portanto, a questão é: como fabricamos os combustíveis e produtos químicos necessários para a exploração espacial a partir dos recursos já existentes? disponível no destino?”
Uma resposta é a redução eletroquímica, que ocorre em um eletrolisador, com elétrons fluindo do ânodo carregado negativamente para o cátodo carregado positivamente. A água no ânodo é oxidada, o que significa que perde um elétron, que é transferido para o dióxido de carbono no cátodo, onde um de seus átomos ganha um elétron e se torna o que os químicos chamam de “reduzido” (ou seja, seu estado de oxidação é reduzido). Ele pode então reagir com os átomos de hidrogênio e oxigênio que se separaram das moléculas de água oxidada.
O ânodo contém um catalisador, e a escolha do material para o catalisador determina quais compostos à base de carbono são produzidos quando o carbono reduzido reage com o hidrogênio e o oxigênio. Por exemplo, um catalisador de ouro leva à produção de monóxido de carbono (CO), enquanto o cobre produz compostos mais complexos, incluindo álcoois, etanol e metano (CH4).
O que diferencia o trabalho da equipe de Badreldin dos experimentos anteriores é que eles desenvolveram um catalisador de cobre em escala nanométrica dopado com nitrogênio que é capaz de produzir metano quase puro.
Redução eletroquímica de dióxido de carbono já foi usado para produzir metano antes, em aplicações na Terra. O problema é que esses métodos produziram muitos subprodutos junto com o metano. Na Terra temos equipamentos complexos que separam o metano de outros compostos indesejados, mas os astronautas não serão capazes de levar dispositivos tão pesados para Marte quando cada quilograma conta. Isso é um problema, porque para que o metano seja usado como propelente líquido em combustível de foguete ele precisa ser puro.
No entanto, o catalisador de cobre específico usado pela equipe de Badreldin é capaz de produzir preferencialmente metano em relação a outros compostos, criando-o puro sem a necessidade de refiná-lo. E há muito dióxido de carbono disponível em Marte para usar: embora Atmosfera de Marte é fino, ainda assim é composto por 96% de dióxido de carbono.
Mesmo que os astronautas nunca vão a Marte, a utilidade desta técnica na Terra é clara. Em vez de perfurarmos este gás natural, podemos criar metano a partir do dióxido de carbono já existente nossa atmosfera.
“Queremos fazer isso porque neste momento muitos destes produtos baseados em carbono provêm, em última análise, de recursos fósseis virgens”, disse Racine. “Se conseguirmos produzi-los utilizando CO2 capturado e eletricidade renovável, isso poderá reduzir a dependência do carbono fóssil virgem e ajudar a fechar o ciclo do carbono.”
Consequentemente, a redução eletroquímica também foi sugerida para uso na Terra como uma técnica de sequestro de carbono, retirando o dióxido de carbono da nossa atmosfera, onde atua como um agente indesejado. gases de efeito estufa.
O problema é que a conversão do dióxido de carbono em metano para ser queimado como combustível simplesmente liberta esse dióxido de carbono directamente para a atmosfera num ciclo líquido-zero. Idealmente, queremos manter esse dióxido de carbono afastado da atmosfera por um longo período de tempo, mas Badreldin não acredita que a tecnologia esteja pronta ainda.
“O que nos interessa, em última análise, é ver se podemos ir além da simples reciclagem de CO2 e seguir caminhos que sejam líquidos negativos”, disse ele. “Isso significa usar CO2 como fonte de carbono e ao mesmo tempo convertê-lo em produtos onde o carbono é armazenado ou usado por tempo suficiente para não ser imediatamente liberado de volta à atmosfera.”
Deve-se notar que a melhor maneira de aliviar mudanças climáticas é parar de queimar todos os combustíveis fósseis, incluindo o metano. No entanto, a utilização do metano criado a partir da redução eletroquímica do dióxido de carbono num processo líquido-zero, em vez da perfuração, poderia ajudar durante a transição dos combustíveis fósseis para os recursos renováveis.
O estudo que relata esta pesquisa foi publicado em abril na revista Catálise ACS.
