科學家弄清如何從月球土壤中提取氧氣了

作者:MICHELLE STARR

月球對人類來說是個沒法兒住的地方。上面到處是灰塵又干燥,而且也沒有空氣可以供我們呼吸。但是月球上有大量的氧氣:月表土中——月球表面最上層的土壤和碎石——含有氧氣。而現在科學家已經弄清如何將它們提取出來了。

提取的過程也不會產生廢物。一方面,你能得到一堆氧氣。另一方面,還能得到一堆與密切相關的金屬合金。所有這些對于未來的月球基地或者殖民來說都非常有用。

多虧了先前月球任務帶回的月表土樣本,我們知道了月球上的含氧量相當充足。月表土大約40%到45%的重量是氧氣——目前為止這是按重量來說構成最豐富的了。

只有一個大問題。

“氧氣是一種極其珍貴的資源,但是它是以礦物質或者玻璃氧化物的形式和其他物質在化學上綁定在了一起,因此不是立即就能用,”蘇格蘭格拉斯哥大學的化學家Beth Lomax表示。

這些土壤樣本太過珍貴而無法直接用于實驗,但擁有這些樣本意味著我們可以使用地球上的材料來復制出成分一致的土壤。這種“山寨”月球土壤被稱為模擬月表土(lunar regolith simulant),Lomax和她的團隊用這種土壤來進行研究。

先前嘗試過提取月表土中的氧氣,比如使用氫化學還原氧化鐵來制造水,然后再電解分離出水中的氫和氧;或者通過類似的一個過程,只不過用甲烷代替了氫。

但是這些技術要不就是產量低,過程又過度繁復,要不就是需要極高的溫度來讓月表土融化。

Lomax和同事們就跳過了化學還原的步驟,直接對粉末狀的月表土進行電解分離。

“這一過程運用的是熔鹽電解法。這是能夠以從固態模擬月表土中直接以粉末到粉末的過程提取幾乎所有氧氣的首個范例,”Lomax解釋說,“而月表土氧氣提取的替代方法產量非常低,或者需要超過1600攝氏度的超高溫度來熔化月表土。”

首先,將月表土放在一個網格線的籃子里。然后加入氯化鈣,也就是電解質,之后將混合物加熱到大約950攝氏度,這個溫度不會讓混合物熔化。其次,使用電流。這會提取出氧氣,并且將鹽轉移至陽極,在這里可以將它們輕松移除。

他們大約花費了50小時提取出了月表土樣本中96%的氧氣,但是有75%的氧氣是在最初15個小時內被提取出的。大約樣本中所有氧氣的三分之一是在廢氣中檢測到的,剩下的都沒了,但這對于先前技術的產量仍是一個巨大的進步。

此外,剩下的金屬還可以利用——這在月表土氧氣提取技術中也尚屬首次。

“這是固態狀態的模擬月表土從粉末到粉末的提取過程中生成金屬合金產物的首個成功展示,”研究者在他們的論文中寫道。

“此外,各種各樣合金相的干凈分離,以及其他金屬成分的明顯消耗,讓我們看到了從未經還原處理的月表土中分離和精煉金屬/合金令人振奮的潛力。”

副產物中有三種主要的合金種類,有時還摻雜著少量的其他金屬:鐵鋁合金,鐵硅合金以及硅鈣鋁合金。

這一發現意味著,即便事實證明氧氣能夠從月球上疑似的水冰儲量中提取,這項技術仍具價值。

“這個提取過程能為月球殖民者提供氧氣用于燃料或者維持生命,還能提供各種各樣的金屬合金用于殖民地的生產建設,”ESA月球戰略官James Carpenter表示。

本文譯自 ScienceAlert,由譯者 Diehard 基于創作共用協議(BY-NC)發布。

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