Dodatak natrija znatno je povećao proizvodnju metanola u kineskom laboratorijskom pokusu. Istraživači su testirali materijal koji ugljikov dioksid i vodik pretvara u taj alkohol, a dobili su približno jedanaest puta više metanola nego s usporednim katalizatorom bez natrija. Postupak razvijaju s mogućom budućom primjenom na Marsu, gdje bi izvor ugljikova dioksida bila atmosfera.
Proizvodnja goriva na odredištu smanjila bi količinu tereta koji ekspedicije moraju ponijeti sa Zemlje. Za takvu primjenu još treba razviti cijeli sustav, od dobave sirovina do odvajanja proizvoda. Ovaj se rad bavi jednim njegovim dijelom: katalizatorom i rasporedom atoma koji sudjeluju u reakciji.
Zašto su bakru dodali natrij?
Tim Laboratorija za istraživanje dubokog svemira u Hefeiju upotrijebio je MOF-808, porozni materijal sastavljen od metalnih čvorišta povezanih organskim molekulama. Takva struktura služi kao nosač na kojem istraživači mogu preciznije rasporediti mjesta na kojima se odvija reakcija.
Na taj su nosač najprije dodali alkalijske metale, a zatim bakar. Ispitali su varijante s natrijem, kalijem i cezijem. Posebno se istaknuo spoj označen kao MOF-808-NaCu, koji sadrži natrij i bakar.
Prema radu u časopisu Journal of Deep Space Exploration, taj je katalizator proizvodio 245 grama metanola po kilogramu katalizatora na sat. Inačica MOF-808-Cu, bez dodatka alkalijskog metala, u usporednom je pokusu davala 22 grama.
Jedanaesterostruko povećanje odnosi se na usporedbu tih dvaju katalizatora u pokusu. Učinak u odnosu na industrijska postrojenja ili ukupna proizvodnja budućeg marsovskog sustava ne mogu se izvesti samo iz te brojke.
Važno je što nastaje uz željeni proizvod
Katalizator olakšava kemijsku reakciju, ali njegov sastav utječe i na to kojim će putem ona teći. Pri pretvaranju ugljikova dioksida u metanol može nastajati i ugljikov monoksid, što smanjuje udio željenog proizvoda.
Mjerenja i teorijski proračuni upućuju na to da alkalijski metal u blizini bakra olakšava vezanje i aktivaciju ugljikova dioksida. Molekula se tako lakše uključuje u reakciju koja vodi prema metanolu, uz manje ugljikova monoksida. Važan je, dakle, i raspored sastojaka u materijalu, a ne samo njihov odabir.
Dobiveni metanol alkohol je koji može služiti kao gorivo i kemijska sirovina. Kemijski se razlikuje od metana, plina koji se često spominje u drugim planovima za pogon letjelica na Marsu.
Od laboratorija do goriva na drugom planetu
Iskorištavanje lokalnih resursa moglo bi smanjiti količinu materijala koju buduće ekspedicije moraju ponijeti sa Zemlje. Marsova atmosfera pritom je potencijalan izvor ugljikova dioksida, ali on sam nije dovoljan: za opisani postupak potreban je i vodik te energija za rad sustava.
Proizvodnja goriva ujedno je drukčiji zadatak od osiguravanja kisika za posadu. Kozmos je ranije pisao o kineskom postupku dobivanja kisika iz ugljikova dioksida, u kojem nastaje čvrsti ugljik. Novi katalizator usmjerava reakciju prema drugom proizvodu.
Prije primjene na Marsu trebalo bi osigurati dobavu plinova, odvajanje metanola i pouzdan dugotrajan rad opreme te utvrditi potrošnju energije. Objavljeni prinos opisuje ponašanje katalizatora u pokusu; još ne odgovara na pitanje koliko bi cijeli sustav bio težak, koliko bi energije trošio ni kako bi se održavao tijekom misije.
