Als het gaat om water en Mars, er is goed nieuws en minder goed nieuws. Het goede nieuws:er is water op Mars! Het minder goede nieuws?

Er is water op Mars.

De Rode Planeet is erg koud; water dat niet bevroren is, zit vrijwel zeker vol met zout van de bodem van Mars, waardoor de vriestemperatuur daalt.

Je kunt geen zout water drinken, en de gebruikelijke methode waarbij elektriciteit (elektrolyse) wordt gebruikt om het af te breken in zuurstof (om te ademen) en waterstof (voor brandstof) vereist het verwijderen van het zout; een omslachtige, kostbare inspanning in een harde, gevaarlijke omgeving.

Als zuurstof en waterstof direct uit het zilte water kunnen worden gehaald, echter, dat pekelelektrolyseproces veel minder ingewikkeld zou zijn - en minder duur.

Ingenieurs van de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis hebben een systeem ontwikkeld dat precies dat doet. Hun onderzoek is vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Het onderzoeksteam, onder leiding van Vijay Ramani, de Roma B. en Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor in de afdeling Energie, Milieu &Chemische Technologie, valideerde niet alleen zijn pekelelektrolysesysteem onder typische terrestrische omstandigheden; het systeem werd onderzocht in een gesimuleerde atmosfeer van Mars bij -33 F (-36 C).

"Onze Martiaanse pekelelektrolyzer verandert de logistieke berekening van missies naar Mars en verder radicaal", zegt Ramani. "Deze technologie is even nuttig op aarde, waar het de oceanen opent als een levensvatbare zuurstof- en brandstofbron"

In de zomer van 2008 NASA's Phoenix Mars Lander "raakte en proefde" Marswater, dampen van gesmolten ijs opgegraven door de lander. Vanaf dat moment, De Mars Express van de European Space Agency heeft verschillende ondergrondse watervijvers ontdekt die in vloeibare toestand blijven dankzij de aanwezigheid van magnesiumperchloraat-zout.

Om - zelfs tijdelijk - op Mars te kunnen leven, om nog maar te zwijgen van de terugkeer naar de aarde, astronauten zullen een aantal van de benodigdheden moeten maken, inclusief water en brandstof, op de Rode Planeet. NASA's Perseverance-rover is nu onderweg naar Mars, instrumenten dragen die elektrolyse op hoge temperatuur zullen gebruiken. Echter, het Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) zal alleen zuurstof produceren, van de koolstofdioxide in de lucht.

Het systeem dat in het laboratorium van Ramani is ontwikkeld, kan met dezelfde hoeveelheid stroom 25 keer meer zuurstof produceren dan MOXIE. Het produceert ook waterstof, die kunnen worden gebruikt om de reis van astronauten naar huis van brandstof te voorzien.

"Onze nieuwe pekelelektrolyser bevat een lood-ruthenaatpyrochlooranode die door ons team is ontwikkeld in combinatie met een platina-op-koolstofkathode", zei Ramani. "Deze zorgvuldig ontworpen componenten in combinatie met het optimale gebruik van traditionele elektrochemische engineeringprincipes hebben deze hoge prestaties opgeleverd."

Het zorgvuldige ontwerp en de unieke anode zorgen ervoor dat het systeem kan functioneren zonder dat de waterbron hoeft te worden verwarmd of gezuiverd.

"Paradoxaal genoeg, het opgeloste perchloraat in het water, zogenaamde onzuiverheden, daadwerkelijk helpen in een omgeving als die van Mars, " zei Shrihari Sankarasubramanian, een onderzoekswetenschapper in de groep van Ramani en gezamenlijke eerste auteur van het artikel.

"Ze voorkomen dat het water bevriest, " hij zei, "en ook de prestaties van het elektrolysesysteem verbeteren door de elektrische weerstand te verlagen."

Typisch, waterelektrolysers gebruiken sterk gezuiverde, gedeïoniseerd water, wat bijdraagt ​​aan de kosten van het systeem. Een systeem dat kan werken met "suboptimaal" of zout water, zoals de technologie gedemonstreerd door het team van Ramani, kan de economische waardepropositie van waterelektrolysers overal aanzienlijk verbeteren, zelfs hier op planeet Aarde.

"Na deze elektrolysers te hebben gedemonstreerd onder veeleisende Mars-omstandigheden, we zijn van plan ze ook onder veel mildere omstandigheden op aarde in te zetten om brak of zout water te gebruiken om waterstof en zuurstof te produceren, bijvoorbeeld door elektrolyse van zeewater, " zei Pralay Gayen, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in de groep van Ramani en ook een gezamenlijke eerste auteur van deze studie.

Dergelijke toepassingen kunnen nuttig zijn op het gebied van defensie, het creëren van zuurstof op aanvraag in onderzeeërs, bijvoorbeeld. Het kan ook zuurstof leveren als we onbekende omgevingen dichter bij huis verkennen, in de diepe zee.

De onderliggende technologieën die het pekelelektrolysesysteem mogelijk maken, zijn het onderwerp van octrooiaanvragen via het Office of Technology Management en zijn beschikbaar voor licenties van de universiteit.