ახალი კვლევის თანახმად, შეიძლება ერთ დღეს ასტრონავტები მარსიდან დედამიწაზე იმ სარაკეტო საწვავის გამოყენებით დაბრუნდნენ, რომელსაც წითელი პლანეტის ატმოსფეროში არსებული ნახშირორჟანგისგან პირდაპირ ადგილზე მიიღებენ. ამ პროცესისთვის მეცნიერები ე.წ. ელექტროქიმიური აღდგენის მეთოდს იყენებენ.

თავად ელექტროლიზი, ანუ ელექტრული დენის გამოყენება ქიმიური რეაქციის გამოსაწვევად, ახალი ტექნოლოგია არ არის. მეორე მხრივ, მკვლევართა ეს ახალი მიდგომა იმდენად სუფთა მეთანს წარმოქმნის, რომ მისი თხევად საწვავად გამოყენება პირდაპირაა შესაძლებელი. აღსანიშნავია, რომ თანამედროვე სარაკეტო ძრავების ნაწილი სწორედ თხევადი ჟანგბადისა და თხევადი მეთანის ნარევს იყენებს. მათ შორისაა SpaceX-ის Raptor-ის ტიპის ძრავებიც, რომლებიც კომპანიის ხომალდებშია.

"ჩვენი სამუშაოს არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ელექტროენერგიის მეშვეობით ნახშირორჟანგი ნახშირბადის შემცველ საწვავად და ქიმიურ ნაერთებად გარდავქმნათ", — განაცხადა კვლევის თანაავტორმა, ტეხასის A&M უნივერსიტეტის დოქტორანტმა, კარტერ რასინმა.

"დედამიწიდან მარსზე ყველაფრის წაღება შეუძლებელია, რადგან თითოეული დამატებითი კილოგრამი კოსმოსში გაშვებისა და დედამიწის მიზიდულობის დაძლევის ხარჯებს კოლოსალურად ზრდის. ამის გამო ჩნდება კითხვა: როგორ ვაწარმოოთ კოსმოსური კვლებისთვის საჭირო საწვავი და ნივთიერებები უშუალოდ იმ რესურსებით, რომლებიც დანიშნულების ადგილზე უკვე გვხვდება?", — განმარტავს აჰმედ ბადრელდინი, მისისიპის უნივერსიტეტის ქიმიკოს-ინჟინერი, რომელიც პროექტს ხელმძღვანელობდა.

ამ პრობლემის გადაჭრის ერთ-ერთი გზა სწორედ ელექტროქიმიური აღდგენაა. ეს პროცესი ელექტროლიზერში მიმდინარეობს, სადაც ელექტრონები უარყოფითად დამუხტული ანოდიდან დადებითად დამუხტული კათოდისკენ მოძრაობს. ანოდზე არსებული წყალი იჟანგება, ანუ ელექტრონს კარგავს. ეს ელექტრონი კათოდზე არსებულ ნახშირორჟანგს გადაეცემა, რის შედეგადაც მისი ერთ-ერთი ატომი ელექტრონს იძენს და "აღდგება" (ანუ მისი ჟანგვის ხარისხი მცირდება). ამის შემდეგ მას წყლის დაჟანგული მოლეკულებიდან გამოყოფილ წყალბადისა და ჟანგბადის ატომებთან ურთიერთქმედება შეუძლია.

რეაქციის მიმდინარეობისას კატალიზატორი დიდ როლს ასრულებს. სწორედ მის მასალაზეა დამოკიდებული, თუ რა ტიპის ნახშირბადოვანი ნაერთი წარმოიქმნება. მაგალითად, ოქროს კატალიზატორი ნახშირბადის მონოოქსიდს (CO) წარმოქმნის, ხოლო სპილენძის გამოყენებისას უფრო რთული ნაერთები მიიღება, მათ შორის სპირტები: ეთანოლი და მეთანი (CH₄).

ბადრელდინის გუნდის მთავარი მიღწევა ის არის, რომ მათ აზოტით გამდიდრებული, ნანომეტრული მასშტაბის სპილენძის კატალიზატორი შექმნეს. ამ ინოვაციურ მასალას თითქმის სრულიად სუფთა მეთანის წარმოქმნა შეუძლია.

ნახშირორჟანგის ელექტროქიმიური აღდგენით მეთანი ადრეც მიიღებოდა. მეორე მხრივ, ძველი მეთოდებით მასთან ერთად ბევრი მეორეული პროდუქტიც წარმოიქმნებოდა. დედამიწაზე მეთანის მინარევებისგან გასასუფთავებლად რთული და მძიმე დანადგარები გამოიყენება. ასტრონავტები კი მარსზე ასეთ მოწყობილობებს ვერ წაიღებენ, რადგან ყოველ კილოგრამს გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს. საწვავად გამოსაყენებლად კი მეთანი აუცილებლად სუფთა უნდა იყოს.

მეცნიერთა მიერ შემუშავებული სპილენძის სპეციალური კატალიზატორი სხვა ნაერთებთან შედარებით უფრო მეტ მეთანს წარმოქმნის. შედეგად, მიიღება სუფთა აირი, რომელსაც დამატებითი გაწმენდა არ სჭირდება. მარსზე კი ამისთვის საჭირო რესურსი უხვად მოიპოვება — თხელი ატმოსფეროს მიუხედავად, მისი 96% სწორედ ნახშირორჟანგისგან შედგება.

NASA მარსზე ასტრონავტების გაგზავნას 2030-იანი წლების ბოლოს ან 2040-იანი წლების დასაწყისში გეგმავს. იმ შემთხვევაშიც კი, თუ ადამიანები წითელ პლანეტაზე ვერ გაფრინდებიან, ამ ტექნოლოგიას დედამიწაზეც უდიდესი სარგებელი ექნება. ბუნებრივი აირის მოპოვებისა და ბურღვის ნაცვლად, მეთანის მიღება პირდაპირ ატმოსფეროში არსებული ნახშირორჟანგისგან გახდება შესაძლებელი.

"დღეს ნახშირბადოვანი პროდუქტების უმეტესობას წიაღისეული საწვავისგან ვიღებთ. თუ მათ შთანთქმული ნახშირორჟანგითა და განახლებადი ენერგიით ვაწარმოებთ, წიაღისეულზე დამოკიდებულება შემცირდება, რაც ნახშირბადის ციკლის დახურვას შეუწყობს ხელს", — აღნიშნავს რასინი.

ამ მეთოდის გამოყენება დედამიწაზე ატმოსფეროდან სათბურის აირების შთანთქმისა და ნახშირბადის შეკავებისთვისაც განიხილება. ამის მიუხედავად, ნახშირორჟანგის მეთანად გარდაქმნა და საწვავად მოხმარება მას ისევ ატმოსფეროში აბრუნებს, ანუ მისი რაოდენობა არ იცვლება. იდეალურ შემთხვევაში, ნახშირორჟანგი ატმოსფეროდან ხანგრძლივი დროით უნდა მოვაშოროთ, თუმცა ბადრელდინს მიაჩნია, რომ ტექნოლოგია ამისთვის ჯერ მზად არ არის.

"ჩვენი საბოლოო მიზანია, უბრალო გადამუშავებას გავცდეთ და ისეთ მოდელზე გადავიდეთ, რომელიც ნახშირორჟანგის რაოდენობას შეამცირებს. ეს ნიშნავს მის იმგვარ პროდუქტებად გარდაქმნას, რომლებშიც ნახშირბადი ხანგრძლივად შეინახება და ატმოსფეროში დაუყოვნებლივ არ დაბრუნდება", — აცხადებს მეცნიერი.

რა თქმა უნდა, კლიმატის ცვლილებასთან ბრძოლის საუკეთესო გზა წიაღისეული საწვავის მოხმარების სრული შეწყვეტაა. მეორე მხრივ, გარდამავალ ეტაპზე, ელექტროქიმიური გზით მიღებული მეთანის გამოყენება ბუნებრივი აირის მოპოვების საუკეთესო ალტერნატივაა.

კვლევის შედეგები სამეცნიერო ჟურნალ ACS Catalysis-ში გამოქვეყნდა.