嫦娥五號｜有望借助月壤生產氧氣燃料　到月球上旅行指日可待？

去年12月17日，嫦娥五號探測器完成月球探索任務，攜帶月球土壤樣本返抵地球，並分發予多間科研機構作研究之用。
5月5日，南京大學、香港中文大學（深圳）、中國科學技術大學的研究團隊在美國能源學術期刊《焦耳》（Joule）刊發文章稱，團隊詳細分析嫦娥五號取回的月壤中的元素和礦物結構後，發現月壤含有一些活性化合物可以作為催化劑，借助太陽光，將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣和甲烷、甲醇。

2021年，南京大學獲得1克的嫦娥五號月壤，科研團隊利用其中的0.2克進行研究。論文的共同第一作者、南京大學教授姚穎方介紹，嫦娥五號月壤來自月球表面非常年輕的玄武岩，當中富含鐵、鈦等人工光合成中常用的催化劑成分。

團隊多次分析月壤結構，發現月壤中約有24種晶體礦物，其中鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石，以及多種鐵基化合物等8種晶體礦物，可以在人工光合成中發揮較好的催化性能。

研究團隊將月壤作為光伏電解水、光催化水分解、光催化二氧化碳還原、光熱催化二氧化碳加氫等反應的催化材料，發現其在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應中，具有較高的性能和選擇性。

姚穎方稱，研究團隊在試驗中施加模擬太陽光，用水、二氧化碳做原料，將月壤與模擬的美國阿波羅計劃取回的月壤和地球表面的玄武岩進行對比，發現三者在光伏電解水反應中，嫦娥五號月壤產生氧氣和氫氣的效率最高。在光熱催化二氧化碳加氫反應中，嫦娥五號月壤產生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高。

同時，研究指出月壤表面具有豐富的微孔和囊泡結構。她表示，月壤的表面積愈大，能接觸的氣體就愈多，催化性能愈好，這種微納結構進一步提高了月壤的催化性能。

基於以上分析，研究團隊針對月球環境，提出利用月壤實現地外人工光合成的策略與步驟。姚穎方介紹，利用月球夜間約-173°C的極低溫度，將二氧化碳從人類呼吸的空氣中凝結分離，然後利用太陽光將月壤作為水分解的電催化劑和二氧化碳加氫的光熱催化劑，把人類呼出的廢氣、月球表面開采的水資源等轉化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。

她表示，利用地外人工光合成技術，或只需要月球上的太陽能、水和月壤，便能產生氧氣和碳氫化合物，該技術還可以藉助於月球表面的溫度環境，實現低能耗和高效能量轉換。

姚穎方稱，地外人工光合成技術能否在真實的月球環境中實現，還需進一步驗證。研究團隊正爭取明年將地外人工光合成系統搭載到中國太空站，或力爭將該系統搭載到中國探月計劃的飛船中，「月壤或月壤提取成分如果能作為月球上的人工光合成催化劑，可以大大降低航天器的載荷和成本，也許將來在月球上就可以就地取材，為宇航員提供生命支持，並製備燃料」。