几十年来,电解一直是外太阳系载人任务设计的主要内容。这是最常用的从水中分离氧气的方法,从必要的液体中产生必要的气体。然而,电解系统体积庞大,耗电量大,因此NASA决定寻找替代解决方案。他们通过高级概念研究所(NIAC)资助了一家名为精密燃烧公司(PCI)的公司,该公司致力于开发一种热光催化转化系统,该系统的性能可能大大优于现有的电解反应器。
PCI的热光催化反应器是其商标“Microlith”催化反应器的一个迭代。Microlith看起来像一个过滤网,但滤网可以涂上各种材料。在这种情况下,这种涂层可能类似于二氧化钛,起到光催化剂的作用。然而,该公司对该涂层的确切配方保密。
在热光催化中,一种化学过程将热和光结合起来催化化学反应。Microlith的设计是通过电流通过金属基板和光催化涂层(如二氧化钛)来加热。Microlith使用的任何二氧化钛都可能是掺杂的,因为它通常只对紫外光起反应,必须掺杂才能吸收普通的可见光。
当水通过MIcrolith屏幕内部故意制造的微型通道时,它会暴露在二氧化钛孔和由光吸收产生的电子中。然后,水进行氧化还原反应,类似于传统电解室中发生的反应。
然而,与电解相比,Microlith系统有几个显著的优点。首先,它的体积要小得多,这大大减少了它的体积和重量 —— 这是太空飞行中一个重要的考虑因素。其次,它需要更少的能量,因为有一个相对较小的压降和良好的热传递,以确保催化剂在满负荷运行。它还具有高吞吐率,使其比其他热光催化转换器更有效。
PCI本身对政府拨款也并不陌生。它于1987年由工程师兼发明家威廉·普费弗勒(William Pfefferle)创立,至少从2011年起就一直接受美国宇航局的资助。该公司专门从事燃料电池系统和其他与能源生产相关的技术。在过去的几年里,它已经获得了六笔联邦拨款,用于研究其各种技术的特定应用用例。
这些应用是广泛的 —— Microlith系统可以用于各种其他应用,取决于它的涂层。分解水还会产生氢,氢被吹捧为“未来的燃料”已有一段时间了。然而,从经济上讲,从水中产生它是不可能的,尽管一个放大的Microlith系统可能是朝这个方向迈出的一步。其他用例包括将二氧化碳转化为有价值的材料,甚至在某些情况下充当过滤器。
然而,为了实现这些最终用例,公司需要做更多的研发工作,这正是NIAC拨款的目的。在其新闻稿中,该公司提到2039年的火星任务是其热光催化系统分解水分子的潜在用例。这还很遥远,但这将给公司时间来完成最终设计。
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