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我國空間站成功開展“人工”光合作用試驗

5個月前 來源:中國科技網(wǎng) 觀看:111

近日,在中國空間站夢天實驗艙航天基礎(chǔ)試驗機(jī)柜其中一個“太空抽屜”里,開展了地外人工光合作用技術(shù)試驗,成功實現(xiàn)了高效二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生新技術(shù)的國際首次在軌驗證,有望為我國未來載人深空探測重大任務(wù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

什么是地外人工光合作用?zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體催化劑在光照射下可實現(xiàn)水的分解和二氧化碳轉(zhuǎn)換,并將其稱為“人工光合作用”。“人工光合作用”與綠色植物的光合作用有相似之處:zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

第一,都是將太陽能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)能;zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

第二,反應(yīng)原料都是水和二氧化碳,產(chǎn)物是氧氣和含碳化合物。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

2015年,我國科研人員提出在地外開展原位資源利用的“地外人工光合作用”概念并開展研究。“地外人工光合作用”是在地外通過物理化學(xué)方法利用太陽能將二氧化碳和水原位轉(zhuǎn)化成氧氣和含碳化合物,是一種基于原位資源利用的高效二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生新技術(shù)。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

地外人工光合作用技術(shù)有什么優(yōu)點?zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

相比于常用的高溫、高壓二氧化碳還原技術(shù),地外人工光合作用可以在常溫(室溫~298K)、常壓(一個大氣壓~101kPa)條件下實現(xiàn)二氧化碳還原和產(chǎn)氧;還能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能→化學(xué)能、太陽能→電能→化學(xué)能、太陽能→熱能→化學(xué)能等多種能量轉(zhuǎn)換方式,有效提高能量的利用效率。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

另外,通過改變反應(yīng)的催化劑,可以定制化地獲得地外人工光合作用的不同二氧化碳還原產(chǎn)物,包括可作為推進(jìn)劑的甲烷或乙烯、可作為合成糖類的重要原料甲酸等,對未來地外長期生存和原位資源利用有重要價值和意義。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在軌試驗裝置有哪些特點?zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

地外人工光合作用技術(shù)試驗裝置雖然只是航天基礎(chǔ)試驗機(jī)柜其中一個“太空抽屜”,但是功能卻很強(qiáng)大。它不僅能夠在軌通過“人工光合作用”制備氧氣和含碳燃料,還能夠?qū)崿F(xiàn)對反應(yīng)過程的監(jiān)測和產(chǎn)物的在線分析,并獲得大量微重力環(huán)境下氣、液、固多相物理化學(xué)過程試驗數(shù)據(jù),為科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展提供重要基礎(chǔ)。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

另外,這個“太空抽屜”還具備在軌“升級”能力,通過在軌更換模塊操作,可驗證不同種類的反應(yīng),實現(xiàn)技術(shù)快速迭代。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

在軌試驗取得了哪些結(jié)果?zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

目前,地外人工光合作用技術(shù)試驗裝置已經(jīng)完成了第一、二階段共12次在軌試驗,國際上首次實現(xiàn)了基于地外人工光合作用技術(shù)的二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生,獲得了氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物乙烯。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

本階段試驗成功驗證了常溫二氧化碳催化轉(zhuǎn)化,微重力下固、液、氣多相反應(yīng)界面上氣體輸運與分離,空間高精度氣體和液體流量控制,以及氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物高靈敏度在線檢測等關(guān)鍵技術(shù),獲得了大量微重力下的多相物理化學(xué)反應(yīng)過程試驗數(shù)據(jù),為發(fā)展地外原位資源利用新技術(shù)提供了重要基礎(chǔ)。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

未來有望進(jìn)一步支撐人類地外生存和深空探測zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

未來,如果人類的腳步再次踏入月球,甚至到達(dá)更遙遠(yuǎn)的火星和小行星,如何實現(xiàn)“擺脫地球資源供給”是人類長期地外生存的主要挑戰(zhàn)之一。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

“我們有可能在另一個星球上長期居住嗎?”已成為全球最前沿的125個科學(xué)問題之一。利用星壤資源或火星大氣中的二氧化碳資源,原位制備氧氣和燃料,是實現(xiàn)地外原位資源利用并擺脫地球資源供給的重要手段。地外人工光合作用技術(shù)有望作為未來地外原位資源利用的重要技術(shù)之一,為我國載人深空探測重大任務(wù)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。zj8即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

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