Trong các sứ mệnh tương lai đến sao Hỏa, các phi hành gia sẽ cần tối ưu hóa việc sử dụng mọi nguồn tài nguyên sẵn có tại chỗ để sản xuất các nhu yếu phẩm như oxy, nước và nhiên liệu. Một nhóm nghiên cứu từ trung tâm công nghệ Tây Ban Nha Tekniker và Đại học Cantabria đang phát triển một hệ thống sử dụng ánh sáng Mặt Trời để biến carbon dioxide và nước thải thành methane, có thể dùng làm nhiên liệu.
Các nhà nghiên cứu đang hướng tới việc chế tạo một lò phản ứng để sản xuất nhiên liệu trên sao Hỏa, sử dụng chính không khí của hành tinh này – vốn chứa 95% carbon dioxide. Lò phản ứng được vận hành bằng ánh sáng Mặt Trời và hệ thống này còn tích hợp nước thải từ các phi hành gia (greywater) – chẳng hạn như nước đã qua sử dụng từ bồn rửa hoặc vòi tắm.
Hệ thống ‘quang điện hóa’ trong lò phản ứng có khả năng tách phân tử nước thành hydro và oxy, đồng thời sử dụng hydro cùng với carbon dioxide để tạo ra methane. Vì nước thải cũng được xử lý trong quá trình này, hệ thống còn đóng vai trò như một phương pháp tái chế chất thải.
“Hoạt động này đánh dấu một bước tiến lớn trong công cuộc khám phá không gian và công nghệ chuyển đổi carbon dioxide bền vững,” Elena Garcia, trưởng dự án của Tekniker, giải thích. “Khác với các công nghệ trước đây, lò phản ứng của chúng tôi giải quyết đồng thời việc giảm carbon dioxide và xử lý nước thải, nâng cao tính bền vững cho việc lập kế hoạch sứ mệnh.”
Dự án HISRU (Hệ thống quang điện hóa để giảm CO2 nhằm sản xuất nhiên liệu và xử lý nước thải) được đệ trình thông qua Nền tảng Đổi mới Không gian Mở (OSIP).
Điều kiện khác biệt trên sao Hỏa
Vì hệ thống này được phát triển để sử dụng trên sao Hỏa, các nhà nghiên cứu cần tính đến môi trường của Hành tinh Đỏ. Do khoảng cách khá xa Mặt Trời và bầu khí quyển khá nhiều bụi của nó, sao Hỏa chỉ nhận được chưa đến một nửa lượng ánh sáng Mặt Trời so với Trái Đất – điều này đồng nghĩa với việc các công nghệ vận hành bằng năng lượng Mặt Trời phải được điều chỉnh phù hợp với điều kiện này.
Ngoài việc chủ yếu chứa carbon dioxide, không khí trên sao Hỏa còn cực kỳ loãng – áp suất không khí trên sao Hỏa chưa bằng 1% áp suất không khí trên Trái Đất. Để đảm bảo lò phản ứng hoạt động được trong các điều kiện này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nguyên mẫu của họ trong một thiết bị mô phỏng môi trường trên sao Hỏa (martian environment).
Tiếp tục phát triển
Các nhà nghiên cứu đã trình bày kết quả của mình trong một buổi báo cáo cuối cùng tại trung tâm kỹ thuật ESTEC của Cơ quan Không gian châu Âu (ESA) ở Hà Lan. “Hoạt động này cho thấy tiềm năng của công nghệ HISRU trong việc giảm carbon dioxide để sản xuất oxy và methane từ nước thải, cả trên sao Hỏa lẫn Trái Đất,” Jean-Christophe Berton, người khởi xướng dự án OSIP và trưởng dự án của ESA, cho biết.
Hiện tại, cần phải có thêm một số cải tiến để tăng hiệu quả năng lượng và giảm tác động môi trường cho các ứng dụng trên vũ trụ. Dù công nghệ này có vẻ hứa hẹn cho việc khám phá sao Hỏa, nó vẫn cần được cải thiện thêm ở cấp độ hệ thống để đáp ứng các yêu cầu vận hành.
“Sự hỗ trợ và tài trợ từ ESA Discovery thông qua OSIP đã đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai cách tiếp cận đổi mới này. ESA đã đồng hành cùng chúng tôi từ các nghiên cứu ban đầu, đến sản xuất, lắp ráp và thử nghiệm,” Elena chia sẻ.
Borja Pozo, nhà nghiên cứu của Tekniker tham gia vào dự án, đứng cạnh lò phản ứng để sản xuất nhiên liệu trên sao Hỏa. Ảnh: Tekniker
