Is leven op de rode planeet binnenkort mogelijk?

Onderzoeksgroep PLASMANT vindt manier om zuurstof, brandstof en de basis van kunstmest op Mars te produceren

Een team van chemisten ontdekte dat Marsatmosfeer kan dienen om CO2 om te zetten in zuurstof en CO, alsook om stikstof te veranderen in een goede basis voor kunstmest. “Vooral de snelheid en energie-efficiëntie van de omzetting werden nooit eerder bereikt, en kunnen belangrijke implicaties hebben voor de mensheid”, zegt prof. dr. Annemie Bogaerts (UAntwerpen).

Marsatmosfeer bestaat grotendeels uit CO2, met een kleine fractie (2% ) stikstof. Uit deze samenstelling blijkt het nu dus mogelijk om onder meer zuurstof en de basis voor kunstmest te halen, zelfs gelijktijdig. De omzetting van CO2 en stikstof gebeurt in een zelfgebouwde plasmareactor.

Plasmatechnologie

Naast vast, vloeibaar en gasvormig is plasma de vierde aggregatietoestand. Deze toestand ontstaat wanneer gasmoleculen door toevoeging van energie (bv. elektriciteit) splitsen in geladen deeltjes. Plasma is dus een (gedeeltelijk) geïoniseerd gas, dat zowel elektronen en ionen (= geladen deeltjes) als moleculen bevat. Daardoor is het mogelijk om CO2 en stikstof te splitsen en om te zetten in nieuwe moleculen, zelfs bij kamertemperatuur, wat in normale omstandigheden niet mogelijk is.

“In onze plasmareactor is de omzetting naar nieuwe moleculen mogelijk met een energie-input van 1 kWh", zegt prof. Bogaerts. “Je kan dit vergelijken met de hoeveelheid energie die een microgolfoven van 1000 W verbruikt als hij gedurende een uur opstaat.” Dezelfde energie-input wordt momenteel gebruikt in het "Mars Oxygen In-situ Resource Utilization Experiment" , beter gekend als MOXIE. Dit experiment wordt door de National Aeronautics and Space Administration (NASA) uitgevoerd aan boord van hun Perseverance-rover. Het project heeft als doel aan te tonen dat toekomstige ruimtevaarders zuurstof kunnen maken uit de Marsatmosfeer om te ademen.

Een plasmareactor splitst gasmoleculen in reactieve deeltjes, waarna deze deeltjes opnieuw met elkaar botsen en nieuwe producten vormen.

Om de onderliggende mechanismen te verklaren, hebben de onderzoekers van PLASMANT de experimenten ook via de computer gesimuleerd. Daarop is onder meer te zien dat O en O2, gevormd door CO2-dissociatie, de oxidatie van de stikstoffractie in de Marsatmosfeer vergemakkelijkt en zo bijdraagt tot de vorming van NOx, wat de basis vormt voor kunstmest. Ook zuurstof kan op deze manier uit Marsatmosfeer worden gehaald.

“Het plasma wordt opgewekt door het inbrengen van elektrische energie in een reactor”, legt Bogaerts uit. “In de praktijk komt het erop neer dat we allemaal kleine bliksemschichtjes in onze reactor maken. Die bliksemschichtjes splitsen de gasmoleculen, zoals CO2 en stikstof, eerst in zeer reactieve deeltjes, waarna deze deeltjes opnieuw met elkaar botsen en nieuwe producten vormen.”

Recordtempo

De snelheid waarmee de omzettingsprocessen gebeuren, is indrukwekkend. Voor de omzetting van CO2 in zuurstof bedroeg dit bijvoorbeeld 47 g/h, wat  zo een 30 keer hoger is dan de waarde die momenteel wordt behaald door MOXIE (1,6 g/h). Bovendien zijn de bijbehorende energiekosten ongeveer 10 keer lager dan in het MOXIE-experiment. Plasmatechnologie concurreert dus duidelijk met de bestaande methode voor het bekomen van zuurstof (en ook brandstof) uit CO2.

Plasmatechnologie is een indrukwekkend aantal keer sneller en energie-efficiënter in het omzetten van CO2 in zuurstof en brandstof voor toekomstige Mars-exploratie.

Verder toonden de onderzoekers voor de allereerste keer de mogelijkheid aan van NOx-productie, die de basis vormt van kunstmest. Ze waren in staat om 7% van de N2-fractie die aanwezig is in de Mars-atmosfeer om te zetten. Bovendien is deze plasmamethode zeer flexibel, met een ogenblikkelijke opstarttijd, en daardoor compatibel met de fluctuerende en niet-continue beschikbare Mars-zonne-elektriciteit.

Kortom, dit onderzoek van PLASMANT toont het grote potentieel aan van plasmatechnologie, waarbij de omzettingen effectief op de planeet Mars gebeuren.  

Verkenning van rode planeet

De lokale atmosfeer op Mars blijkt erg nuttig te zijn voor het produceren van zuurstof, brandstof en kunstmest. Met behulp van onderzoeksfinanciering vanuit de European Space Agency gaan de onderzoekers van PLASMANT nog verder bouwen op hun veelbelovende resultaten. Zo willen ze onder meer nagaan of het koppelen van het plasmaproces aan gasscheidingstechnologie kan zorgen voor zuivere gasstromen aan zuurstof, CO en NOx, die nodig zijn voor levensondersteuning en vervoer tijdens toekomstige robot- of zelfs menselijke verkenning van de rode planeet.