近日，在中國(guó)空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜其中一個(gè)“太空抽屜”里，開展了地外人工光合作用技術(shù)試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了高效二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生新技術(shù)的國(guó)際首次在軌驗(yàn)證，有望為我國(guó)未來(lái)載人深空探測(cè)重大任務(wù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
什么是地外人工光合作用？
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體催化劑在光照射下可實(shí)現(xiàn)水的分解和二氧化碳轉(zhuǎn)換，并將其稱為“人工光合作用”。“人工光合作用”與綠色植物的光合作用有相似之處：
第一，都是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)能；
第二，反應(yīng)原料都是水和二氧化碳，產(chǎn)物是氧氣和含碳化合物。
2015年，我國(guó)科研人員提出在地外開展原位資源利用的“地外人工光合作用”概念并開展研究。“地外人工光合作用”是在地外通過物理化學(xué)方法利用太陽(yáng)能將二氧化碳和水原位轉(zhuǎn)化成氧氣和含碳化合物，是一種基于原位資源利用的高效二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生新技術(shù)。
地外人工光合作用
地外人工光合作用技術(shù)有什么優(yōu)點(diǎn)？
相比于常用的高溫、高壓二氧化碳還原技術(shù)，地外人工光合作用可以在常溫（室溫~298K）、常壓（一個(gè)大氣壓~101kPa）條件下實(shí)現(xiàn)二氧化碳還原和產(chǎn)氧；還能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能→化學(xué)能、太陽(yáng)能→電能→化學(xué)能、太陽(yáng)能→熱能→化學(xué)能等多種能量轉(zhuǎn)換方式，有效提高能量的利用效率。
另外，通過改變反應(yīng)的催化劑，可以定制化地獲得地外人工光合作用的不同二氧化碳還原產(chǎn)物，包括可作為推進(jìn)劑的甲烷或乙烯、可作為合成糖類的重要原料甲酸等，對(duì)未來(lái)地外長(zhǎng)期生存和原位資源利用有重要價(jià)值和意義。
在軌試驗(yàn)裝置有哪些特點(diǎn)？
地外人工光合作用技術(shù)試驗(yàn)裝置雖然只是航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜其中一個(gè)“太空抽屜”，但是功能卻很強(qiáng)大。它不僅能夠在軌通過“人工光合作用”制備氧氣和含碳燃料，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反應(yīng)過程的監(jiān)測(cè)和產(chǎn)物的在線分析，并獲得大量微重力環(huán)境下氣、液、固多相物理化學(xué)過程試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展提供重要基礎(chǔ)。
另外，這個(gè)“太空抽屜”還具備在軌“升級(jí)”能力，通過在軌更換模塊操作，可驗(yàn)證不同種類的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)快速迭代。
地外人工光合作用技術(shù)試驗(yàn)裝置在軌更換模塊
在軌試驗(yàn)取得了哪些結(jié)果？
目前，地外人工光合作用技術(shù)試驗(yàn)裝置已經(jīng)完成了第一、二階段共12次在軌試驗(yàn)，國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了基于地外人工光合作用技術(shù)的二氧化碳轉(zhuǎn)換和氧氣再生，獲得了氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物乙烯。
本階段試驗(yàn)成功驗(yàn)證了常溫二氧化碳催化轉(zhuǎn)化，微重力下固、液、氣多相反應(yīng)界面上氣體輸運(yùn)與分離，空間高精度氣體和液體流量控制，以及氧氣和二氧化碳還原產(chǎn)物高靈敏度在線檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，獲得了大量微重力下的多相物理化學(xué)反應(yīng)過程試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為發(fā)展地外原位資源利用新技術(shù)提供了重要基礎(chǔ)。
未來(lái)有望進(jìn)一步支撐人類地外生存和深空探測(cè)
未來(lái)，如果人類的腳步再次踏入月球，甚至到達(dá)更遙遠(yuǎn)的火星和小行星，如何實(shí)現(xiàn)“擺脫地球資源供給”是人類長(zhǎng)期地外生存的主要挑戰(zhàn)之一。
“我們有可能在另一個(gè)星球上長(zhǎng)期居住嗎？”已成為全球最前沿的125個(gè)科學(xué)問題之一。利用星壤資源或火星大氣中的二氧化碳資源，原位制備氧氣和燃料，是實(shí)現(xiàn)地外原位資源利用并擺脫地球資源供給的重要手段。地外人工光合作用技術(shù)有望作為未來(lái)地外原位資源利用的重要技術(shù)之一，為我國(guó)載人深空探測(cè)重大任務(wù)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
面向長(zhǎng)期地外生存的地外人工光合作用
