I februar 2021 landede Mars-bilen Perseverance på planeten Mars. Med ombord har Perseverance en avanceret maskine, som kan brygge ilt ved hjælp af CO2 fra Mars’ atmosfære.
I et nyt studie afslører forskerholdet bag iltmaskinen, kaldet MOXIE, at den har været i stand til at producere ilt både dag og nat igennem de ekstremt svingende temperaturer og årstider på Mars.
»Studiet viser først og fremmest, at MOXIE virker, ligesom den skal. Den virker lige så godt i det fjendtlige miljø på Mars, som den gør, når vi tester dens tvilling på Jorden,« siger Morten Bo Madsen, som er lektor i astrofysik og planetforskning ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.
Han er en del af forskerholdet bag MOXIE og medforfatter på det nye studie, som netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Science Advances.
\ Fakta: Det nye studie
MOXIE er en maskine, som kan brygge ilt, og som sidder i maven på Mars-bilen Perseverance.
Normalt får MOXIE højst lov til at køre 3,5 timer ad gangen - maskinen kræver nemlig meget strøm fra Perseverances batterier.
I det nye studie, som dækker en periode fra 20. april til 29. november 2021, kørte MOXIE i alt syv gange og producerede sammenlagt knap 50 gram ilt.
Det betyder ifølge studiet, at MOXIE »opfylder kravene til hastigheden for ilt-generering og renhed på trods af designkompromiser, som er nødvendiggjort af alvorlige begrænsninger på masse, effekt, volumen og omkostninger.«
\ Læs mere
Nødvendigt for Marsboere
Iltmaskinen MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment) er kun en prototype på en endnu større maskine – eller måske snarere en fabrik – som engang i fremtiden skal forsyne Mars-astronauter med ilt.
På Mars er der nemlig stort set ingen ilt i atmosfæren. Derfor er en lokal produktion af ilt ikke alene essentiel for, at astronauter kan trække vejret på den røde planet.
»For at kunne sende astronauter på Mars hjem til Jorden igen, er man nødt til at have store mængder ilt til rådighed. Rumfartøjet er nødt til at bruge ilt som hjælpestof til forbrænding af brændstoffer,« forklarer Morten Bo Madsen.
»Det vil være ekstremt dyrt og svært at tage store mængder ilt med op til Mars. Så der er meget at spare ved en lokal produktion af ilt,« tilføjer han.
Sådan gør MOXIE
Mere end 95 procent af Mars’ atmosfære består af kuldioxid (CO2), og det er netop denne ingrediens, som MOXIE-maskinen høster og udnytter til at brygge ilt.
Et CO2-molekyle består nemlig af et kulstof-atom (C) og to iltatomer (O2), og MOXIE sørger for at splitte CO2-molekylerne fra hinanden.
Opsplitningen kræver energi, men resultatet af arbejdet er ilt-molekyler og et biprodukt i form af gassen kulmonoxid (CO).
Energien får MOXIE fra Mars-roveren Perseverance, som har en generator ombord, der skaber strøm med hjælp fra radioaktivt plutonium.
Alternativ mulighed?
For at kunne brygge ilt er MOXIE blandt andet også nødt til at skabe meget højt tryk og opnå temperaturer på omkring 800 grader Celcius inde i maskinen.
»MOXIE er et meget avanceret instrument, og nu er det lykkedes dem at påvise, at det rent faktisk er muligt at producere ilt på Mars med denne her metode. Det er rigtig fint. Men jeg er ikke overbevist om, at det er den nemmeste metode at producere ilt på Mars. Der er også en anden mulighed,« siger lektor emeritus Per Nørnberg, som er Mars-forsker ved Aarhus Universitet, men ikke har været en del af det nye studie.
Den anden mulighed vil ifølge Per Nørnberg være at udnytte is fra Mars' undergrund til at brygge ilt. Per Nørnberg var selv involveret i Phoenix-missionen, som landede på Mars i 2008 og fandt is under Mars’ overflade.
»Vi ved, at der er masser af is lige under overfladen på Mars. Det kan man udnytte til at producere ilt, og i mine øjne virker det mere simpelt end den meget avancerede metode, som de bruger her, og som kræver meget høje temperaturer og højt tryk,« siger Per Nørnberg.
\ Sådan fungerer MOXIE:
1) MOXIE suger Mars-atmosfæren, som består af cirka 95-96 procent CO2, ind gennem et særligt filter, som fjerner støv fra atmosfæren.
2) Atmosfæren bliver komprimeret (trykket sammen) af en pumpe, så trykket stiger betydeligt.
3) En del af maskinen (en såkaldt faststofelektrolyse-celle) bliver varmet op til cirka 800 grader Celcius.
4) Atmosfæren sendes igennem det meget varme apparat (faststofelektrolyse-cellen). Her bliver CO2-molekyler splittet op, og grundstofferne samler sig på ny.
5) Til slut er atmosfærens CO2 omdannet til ilt og biproduktet kulmonoxid (CO).
Is kan udnyttes på Mars
Is – eller vand – består som bekendt af ilt og brint (H2O). Som du måske har prøvet i folkeskolens fysiklokale, kan man splitte vandmolekyler ad ved at sende strøm igennem et vandbad (såkaldt elektrolyse) og få ilt og brint ud af det. På samme måde kan man altså også høste ilt ud fra vand eller is på Mars, forklarer Per Nørnberg.
»Det er selvfølgelig langt mere kompliceret at gøre det på Mars end i et fysiklokale på Jorden, men man burde kunne producere ilt på Mars efter det samme simple princip,« siger Per Nørnberg.
Morten Bo Madsen er helt enig i, at det også vil være en god ide at bruge is til at brygge ilt på Mars, men han påpeger, at ideen også rummer andre udfordringer.
»Det kræver, at der vil være is til rådighed der, hvor man lander. Det er der især ved polerne, og det vil være en ulempe, hvis man skal bo i de polare egne – i hvert fald første gang, man besøger Mars, vil man helst bo det mest optimale sted og ikke bare der, hvor der er is tilstede,« siger Morten Bo Madsen.
Han henviser til, at hans kollegaer tidligere har været med til at studere mulige landingssteder for missioner, som skal høste ilt fra Mars-is.
»På sigt er det helt klart planen, at man også vil forsøge at producere ilt ved hjælp af is. Men ved den første mission vil man gerne være uafhængig af boreudstyr, minedrift og andre komplicerede ting, som det kræver at udvinde is på Mars,« siger Morten Bo Madsen.
Lager af ilt på Mars
Mens MOXIE-maskinen er på størrelse med et stort bilbatteri, er det planen, at man i fremtiden vil sende en langt større iltmaskine til Mars – ifølge NASA skal den være mindst 100 gange større.
Den store iltmaskine skal efter planen sendes op til den røde planet, senest 26 måneder før man sender mennesker derop, så man kan opbygge et iltlager på forhånd.
»En af de vigtige ting ved MOXIE er, at vi skal lære, hvordan man bruger maskinen under forskellige forhold, og hvordan man vil kunne opskalere den fornuftigt. Før vi sender mennesker derop, skal en maskine stå og producere 3 kilo ilt i timen i 14 måneder, så der er nok til at sende folk hjem igen og have ilt i luften i habitaterne på Mars,« siger Morten Bo Madsen.
Han blev selv involveret i arbejdet med MOXIE, fordi han er ekspert i Mars-støv.
Støvet i Mars’ atmosfære udgjorde en udfordring, fordi det helst ikke skulle genere produktionen af ilt. Løsningen blev et særligt filter – kaldet HEPA-filteret - som ifølge det nye studie ser ud til at virke efter planen og dermed sørger for, at CO2'en, som Mars tager ind fra atmosfæren, er tilstrækkelig ren.
