月球上可以制造氧气吗「月球上也能制备氧气和燃料月壤竟然这么神奇」

【原标题】月壤里的秘密：或可在月球上制备氧气和燃料

国际学术期刊《焦耳》的一篇最新论文引发学界广泛关注。研究团队在详细分析嫦娥五号取回的月壤（以下简称嫦娥五号月壤）的元素和矿物结构后，发现月壤的一些活性化合物具有良好的催化性能。他们以其为催化剂，利用人工光合成技术，借助模拟太阳光，将水和二氧化碳转化为氧气、氢气、甲烷、甲醇。

“月壤是月球上最丰富的资源之一，月壤或月壤提取成分如果能作为月球上的人工光合成催化剂，可大大降低航天器的载荷和成本。将来也许在月球上可以就地取材，为宇航员提供生命支持，并制备燃料。”5月7日，在接受科技日报记者专访时，论文共同第一作者、南京大学教授姚颖方如此展望。

月壤的元素构成和微纳结构，使其具有良好的催化性能

2021年，南京大学作为中国空间技术研究院牵头的联合团队组成单位之一，获得第一次发放的月球样品1克。此次刊发成果的科研团队利用其中的0.2克进行研究，发现了月壤的一些特质。

“嫦娥五号月壤来自月球表面非常年轻的玄武岩，这种矿物中富含铁、钛等人工光合成中常用的催化剂成分。团队采用机器学习等方法，对月壤结构进行了多次分析，发现其中钛铁矿、氧化钛等8种晶体矿物可以在人工光合成中发挥较好的催化性能。”姚颖方说。

月壤实际的催化性能如何？研究团队将月壤作为光伏电解水、光催化水分解、光催化二氧化碳还原、光热催化二氧化碳加氢等反应的催化材料，发现其在光伏电解水和光热催化二氧化碳加氢反应中，具有较高的性能和选择性。

“在这些试验中，我们施加了模拟太阳光，用水、二氧化碳做原料，将月壤与模拟的美国阿波罗计划取回的月壤和地球表面的玄武岩进行对比，发现三者在光伏电解水反应中，嫦娥五号月壤产生氧气和氢气的效率最高。而在光热催化二氧化碳加氢反应中，嫦娥五号月壤产生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高。”姚颖方欣喜地表示，氧气可为人类提供生命支持，甲烷是火箭推进剂的有效成分，而甲醇是有机化学品原料。

研究还发现，月壤表面具有丰富的微孔和囊泡结构，“这种微纳结构进一步提高了月壤的催化性能。”姚颖方说。

将争取在未来航天计划中搭载试验

基于以上分析，研究团队针对月球环境，提出利用月壤实现地外人工光合成的策略与步骤。“利用月球夜间约-173℃的极低温度，将二氧化碳从人类呼吸的空气中凝结分离。然后利用太阳光，将嫦娥五号月壤作为水分解的电催化剂和二氧化碳加氢的光热催化剂，把人类呼出的废气、月球表面开采的水资源等转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。”姚颖方表示，利用地外人工光合成技术，也许只需要月球上的太阳能、水和月壤，便能产生氧气和碳氢化合物，该技术有望借助于月球表面的温度环境，实现低能耗和高效能量转换。这为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供了潜在方案。

虽然月球土壤的催化效率低于地球上可用的催化剂，但姚颖方表示，研究团队还将对月壤中的有效催化成分进行分离、提炼，力求得到更好的催化效果。

不过，地外人工光合成技术究竟能否在真实的月球环境中实现，还需进一步验证。姚颖方介绍，目前，他们正在联合中国空间技术研究院的科研人员，争取实现地外人工光合成技术在未来航天计划中搭载试验，进行真实环境验证。

来源： 科技日报

登月不怕没有氧气了！50个小时就能提取出月球土壤中96%的氧气

在下面这张图像的左侧是一堆模拟月球土壤或风化层；右侧是相同的一堆，基本上从其中提取了所有氧气，留下了金属合金的混合物，未来月球上的定居者可以使用氧气和金属。从月球表面返回的样本证实，月球风化层由40-45%的氧组成，按重量计算，氧是其最丰富的元素。格拉斯哥大学研究员贝丝·洛马克斯(Beth Lomax)解释说：这种氧气是一种极其宝贵的资源，但它以矿物等氧化物的形式结合在材料中，因此不能立即使用。
Lomax博士研究工作正通过欧空局的网络和合作计划得到支持，利用空间应用的高级学术研究。这项研究提供了一个概念验证，可以提取和利用月球风化层中的所有氧气，留下一种潜在有用的金属副产品。该过程是使用一种名为熔盐电解的方法进行，这是第一个直接粉末到粉末的固体月壤模拟物例子，它可以提取几乎所有的氧。月壤氧气提取的替代方法获得了显著较低的产量，或者需要将月壤熔化在1600°C以上的极端温度下。
该过程包括将粉末状的风化层放置在网衬篮子中，以熔融的氯化钙盐作为电解质，加热至950°C。在此温度下，风化层保持固体。通过电流使氧气从风化层中提取出来，并通过盐迁移到阳极上收集。总共需要50个小时才能提取出96%的氧气，但75%的氧气可以在头15个小时内提取出来。这项研究基于FCC流程（来自其剑桥发明者的首字母缩写）英国一家名为Metalysis的商业金属和合金生产公司扩大了这一流程。Lomax在格拉斯哥大学的博士导师Mark Symes指出：
我们正在与Metalysis和ESA合作，将这一工业过程转化为月球环境，目前的结果非常有希望。欧空局月球战略官员詹姆斯·卡彭特(James Carpenter)评论说：这个过程将让月球定居者获得燃料和生命支持所需的氧气，以及用于原位制造的各种金属合金，可用的确切原料将取决于降落在月球上的什么地方。ESA材料工程师Advenit Makaya说：它也可以用来提取火星上的有用材料，在火星上对原料进行预处理可以得到纯金属和合金产品。

月球上的月壤有什么用 月壤的作用介绍

1、月壤可以做火箭燃料。通过对月球上不同地方的土壤和紫外线发射水平进行研究，来确定何处土壤中含有氧气。

2、美国字航局专家吉姆加尔温称，专家用天文望远镜对月球阿里斯塔尔赫环形山进行观察，结果发现了大量的“钛铁矿石”，将这些矿石加热或通电，就可以从中分离出氧气。分离出来的氧气可以用来呼吸或者制造火箭燃料。