2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25
वैज्ञानिकों ने इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करके मंगल की झीलों की स्थितियों में तरल नमक के घोल से ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के उत्पादन की एक विधि विकसित की है। प्रयोग की एक विशेषता ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए एक इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में लेड-रूथेनियम ऑक्साइड का उपयोग था। इस तरह के उपकरण का उपयोग करके ऑक्सीजन का उत्पादन MOXIE के मामले की तुलना में 25 गुना अधिक ऊर्जा कुशल निकला, जिसे मंगल ग्रह 2020 मिशन के हिस्से के रूप में लाल ग्रह पर लॉन्च किया गया था, और जीवन समर्थन उपकरण के आकार और वजन के आधार पर वर्णित तकनीक एनालॉग्स की तुलना में कम होगी। लेख पीएनएएस पत्रिका में प्रकाशित हुआ था।
मंगल ग्रह पर परिस्थितियाँ मनुष्यों के लिए अनुकूल नहीं हैं: वातावरण दुर्लभ है और 95 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड है, और तापमान माइनस 63 डिग्री के औसत तापमान के साथ 100 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है। इसलिए, जीवन समर्थन प्रणाली के निर्माण के बिना लाल ग्रह का उपनिवेशीकरण असंभव है, जो ऐसी कठोर परिस्थितियों में लोगों को सांस लेने के लिए ऑक्सीजन और ऊर्जा आपूर्ति के लिए ईंधन (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन) प्रदान कर सकता है और आदर्श रूप से, वापसी के लिए उड़ान। पहली समस्या को हल करने के लिए, नासा ने MOXIE (मार्स ऑक्सीजन ISRU एक्सपेरिमेंट) बनाया - इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड से ऑक्सीजन प्राप्त करने के लिए एक प्रायोगिक स्थापना। क्षेत्र में इस पद्धति की प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए, स्थापना दृढ़ता रोवर का हिस्सा बन गई, जिसे 30 जुलाई, 2020 को मार्स 2020 मिशन के हिस्से के रूप में लॉन्च किया गया था।
न केवल ऑक्सीजन का एक वैकल्पिक स्रोत, बल्कि मंगल पर हाइड्रोजन भी पानी हो सकता है, जिसके अस्तित्व का पहला प्रत्यक्ष प्रमाण लाल ग्रह पर 1971 में वापस प्राप्त किया गया था। अनुप्रयोग प्रयोजनों के लिए विशेष रूप से आकर्षक, हालांकि, खारे पानी का भंडार होगा, जिसमें अशुद्धियाँ कम तापमान और दबाव पर भी इसे तरल अवस्था में रहने देती हैं। मुख्य घटक के रूप में मैग्नीशियम परक्लोरेट के साथ इस तरह के नमकीन (तरल खारा समाधान) का पहला निशान 2015 में मंगल ग्रह पर पाया गया था, और 2018 में, ग्रह के ध्रुवीय बर्फ के नीचे लगभग 20 किलोमीटर व्यास का पानी का एक पिंड पाया गया था, जो ज्वालामुखीय गतिविधि के कारण बन सकता है। बाद में, ग्रह वैज्ञानिकों ने पुष्टि की कि मंगल पर ऐसी झीलें वास्तव में मौजूद हैं और कई हो सकती हैं।
अब सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के प्रलय गेयन ने अपने सहयोगियों के साथ, एक नमकीन घोल से ऑक्सीजन और हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए एक इंस्टॉलेशन बनाया है, जो कि संरचना और तापमान में मंगल की झीलों के करीब है। प्रयोग में एक नमकीन के रूप में, हमने 2.8 mol प्रति लीटर की सांद्रता के साथ पानी में मैग्नीशियम परक्लोरेट के घोल का उपयोग किया, जिसे शून्य से 36 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया गया और कार्बन डाइऑक्साइड से उड़ा दिया गया (बाद वाले ने मंगल ग्रह के वातावरण की भूमिका निभाई)। ऑक्सीजन उत्पादन के लिए एक इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में, वैज्ञानिकों ने लेड-रूथेनियम ऑक्साइड Pb2Ru2O7-δ का उपयोग किया, जिसकी प्रभावशीलता उन्होंने पहले क्षारीय समाधानों के लिए दिखाई थी। सक्रिय कार्बन पर प्लेटिनम, इस मामले में एक मानक उत्प्रेरक, हाइड्रोजन उत्पादन के लिए एक इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध आयन एक्सचेंज झिल्ली को विभाजक के रूप में इस्तेमाल किया गया था।
स्थापना आरेख। लाल क्षेत्र में, ऑक्सीजन का उत्पादन होता है, नीले रंग में, हाइड्रोजन।
अध्ययन के दौरान, वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में लेड-रूथेनियम ऑक्साइड वास्तव में ऐसे प्रतिष्ठानों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले रूथेनियम ऑक्साइड की तुलना में कई गुना अधिक प्रभावी होता है। उसके बाद, निर्मित स्थापना के व्यवहार का अध्ययन -36 से 21 डिग्री सेल्सियस तक विस्तृत तापमान रेंज में किया गया और उत्पादन की दक्षता और दर में आमूल-चूल उतार-चढ़ाव नहीं देखा। प्रायोगिक सेटअप की वर्तमान दक्षता ७० प्रतिशत थी, और ऊर्जा दक्षता ३६ से ७० प्रतिशत के बीच थी (प्लेटों पर लागू वोल्टेज के आधार पर)।इसके अलावा, स्थापना उत्प्रेरक गिरावट के लिए प्रतिरोधी साबित हुई: वैज्ञानिक उपकरण के 300 मिनट के संचालन के बाद समाधान में रूथेनियम के निशान नहीं ढूंढ पाए।
कैथोडिक धारा घनत्व के आधार पर ऑक्सीजन (नीला बिंदु) और हाइड्रोजन (लाल बिंदु) के उत्पादन की दर।
शोधकर्ताओं ने ऑक्सीजन उत्पादन की प्राप्त दरों की तुलना MOXIE की 10-22 ग्राम प्रति घंटे की दर से की: यह पता चला कि समान ऊर्जा आपूर्ति के साथ, बनाई गई स्थापना दृढ़ता रोवर पर प्रयोग की तुलना में 25 गुना अधिक ऑक्सीजन का उत्पादन करती है। MOXIE के समान ऑक्सीजन उत्पादन की दर के लिए, डिवाइस में 28-62 वर्ग सेंटीमीटर के क्षेत्र के साथ इलेक्ट्रोड होना चाहिए, और एक नींद और सक्रिय रूप से चलने वाले व्यक्ति के जीवन को सुनिश्चित करने के लिए, इस पैरामीटर को करना होगा क्रमशः 375 और 1235 वर्ग सेंटीमीटर हो। साथ ही, यदि आप MOXIE में शामिल तकनीक का उपयोग करते हैं तो इंस्टॉलेशन का द्रव्यमान और वॉल्यूम कम होगा। इसके अलावा, ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए विकसित विधि को इसके बाद के शुद्धिकरण की आवश्यकता नहीं होती है, जबकि मोक्सी में इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, कार्बन मोनोऑक्साइड भी उत्पन्न होता है, जिसे फ़िल्टर किया जाना चाहिए।
स्थापना (नीली रेखा) के ऑक्सीजन उत्पादन की दर के साथ-साथ मानव जीवन के विभिन्न तरीकों (काली रेखाओं) को सुनिश्चित करने के लिए इसकी टोपी और मात्रा की बिजली खपत पर निर्भरता। नीला बिंदु MOXIE की शक्ति और ऑक्सीजन उत्पादन दर है।
इससे पहले, हमने मंगल ग्रह के वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड से ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए एक अन्य विधि के बारे में बात की (जैसे मोक्सी): वैज्ञानिकों ने कम तापमान वाले प्लाज्मा का उपयोग करके ऐसा करने का सुझाव दिया। और ऑक्सीजन उत्पादन की विधि के परीक्षण के अलावा दृढ़ता रोवर की भूमिका के बारे में, आप हमारी सामग्री "मंगल, वहाँ और पीछे" में पढ़ सकते हैं।
