用空氣給火箭加燃料?科技狂人馬斯克真敢想!這是什麼原理?

科技狂人埃隆·馬斯克從來都不缺乏話題,這位特立獨行的企業家不僅說話時語出驚人,做的工作也和常人不一樣,因此才創立了特斯拉、SpaceX等一系列世界領先的科技企業。在前不久,著名的《時代》雜誌也將馬斯克評選為年度人物。

在科技突破方面,馬斯克和他的公司確實做得非常突出,引領了許多領域的潮流。比如SpaceX公司的太空探索,已經可以說是行業中的翹楚了。不論是該公司的星鏈還是火箭回收技術,在世界上都是領先的。最近,該公司正在進行一項新的研究,聽起來更加驚人。根據馬斯克的說法,他們的火箭,未來可能靠燃燒「空氣」,就能夠飛上天。

說得具體一點,馬斯克在週一的時候在社交媒體上發了一段話,他說:「SpaceX即將啟動一個新的項目,那就是從大氣中提取二氧化碳,然後將其轉化為火箭的燃料。如果感興趣的話,請加入我們。」

雖說馬斯克擅長說些「奇談怪論」,但這句話還是讓很多人摸不到頭腦。咱們只聽說過燒燃料形成二氧化碳的,什麼時候二氧化碳能當燃料了?這聽起來好像有點「永動機」的味道,如果二氧化碳能燃燒,那會產生什麼物質?這化學反應還能結束嗎?

原來,這個反應不是直接燃燒二氧化碳,而是利用二氧化碳製備火箭燃料。這裡就要提到一種化學反應了,這個反應叫做薩巴捷反應,方程式如下——

薩巴捷反應是法國化學家保羅·薩巴捷和讓-巴蒂斯特·森登斯等人于1897年發現的一種化學反應,他們發現,在高溫(最佳條件是300°C-400°C之間)、高壓的條件下,以鎳觸媒進行催化,以二氧化碳和氫氣為原料的反應,二者可以生成甲烷和水,其中甲烷就可以用來做火箭的燃料了。

這個反應需要的條件還是挺多的,但如果能夠找到不那麼嚴苛的方法就觸發這個反應,那麼收益是非常大的。

長期以來,不論是馬斯克的SpaceX,還是傑夫·貝佐斯的藍色起源,抑或是理查·布蘭森的維珍銀河,這些太空企業在嘗試將人類或人造設備帶到太空的同時,也因為火箭發射過程中排放的大量二氧化碳而備受詬病。

在這些企業中,SpaceX還算是被罵得比較少的,因為馬斯克的另一家公司——特斯拉通過風靡世界的新能源車也減少了不少碳排放,算是彌補了一點點。即便如此,和火箭發射過程中排放的溫室氣體相比,特斯拉減少的碳排放也顯得有些杯水車薪。

所以,如果能夠將空氣中的二氧化碳提取出來,並且進行利用,那麼可以從一定程度上緩解日益惡化的地球環境。

這還不是全部的好處,或者說不一定是馬斯克決定開發這項技術的全部原因。更重要的是,這項技術有望在另一顆星球上發揮作用,那就是火星。

眾所周知,人類下一個偉大的計畫,就是載人登陸火星。想要把人帶到火星上去,就要保證能把人帶回來。然而,以目前人類的科技,能夠將宇航員和他們生活所必須的物品帶到火星上就已經非常困難了,更不用說再返程了。如何讓航天器獲得更多的燃料,就是一個最大的問題。

直接從地球上攜帶足夠的燃料去火星是不現實的,我們此前也介紹過,攜帶更多的燃料本身也要消耗更多的燃料,對火箭的要求將會呈指數級增加,這是不現實的。最好的辦法,就是就地取材,從火星上採集「資源」。

然而,火星實在太貧瘠了,確實沒有什麼燃料。唯一比較豐富的,除了地上的沙子,就是空氣了。火星大氣比地球稀薄,但其中有一種物質的含量非常大,那就是二氧化碳。

研究表明,火星的大氣層中,有96%都是二氧化碳,可以說相當豐富。如果能夠利用這裡的二氧化碳,那麼就可以說獲得了無限的燃料。

可問題在于,這樣的反應並不是想發生就能發生的。從反應條件上說,我們就需要準備高溫、高壓的反應環境。而且想要引發這個反應,需要額外注入能量,這個能量從何而來呢?

需要說明的是,馬斯克並沒有透露他的計畫中是如何利用二氧化碳獲得能源的,薩巴捷反應只是其他人通過已知的化學模式推測出的一種可能。又或許馬斯克的團隊已經找到了其他的方法,這也是有可能的。

但我們知道,每一種化學物質自身的能量都是固定的,所以從二氧化碳製備燃料必然是需要從外界注入能量的。而且由于能量的轉化無法達到100%,所以需要注入的能量遠比二者之間的差值要大。

那麼問題來了,如果馬斯克未來真的打算在火星上將二氧化碳轉化為燃料,拿什麼來給這個反應提供能量呢?

有人認為,或許可以通過電能來進行這樣的轉化。畢竟電能還不足以讓火箭發射,不如把電能轉化為化學能,給火箭提供燃料。但在火星上如何獲得足夠的電能,也是一個問題。

還有就是,如果馬斯克採用的真是薩巴捷反應,那麼其反應產物甲烷對于自然界來說也是一個巨大的威脅。要知道,甲烷也是溫室氣體,而且引發溫室效應的能力是二氧化碳的20倍。只不過我們的大氣中甲烷含量太少,所以大家不怎麼提起。

而在這個反應中,反應的二氧化碳和生成的甲烷的物質的量是相同的。如果太多二氧化碳進行了這樣的反應,那麼地球大氣中甲烷含量將會激增,恐怕地球會變得更熱。

總之,馬斯克沒有透露太多細節,我們也無法進行更多的猜測。不過想一想,他開發星鏈的時候,天文學家們抱怨他的衛星影響天文觀測;他把特斯拉送上太空的時候,天文學家又擔心他把地球生物散播到外太空……馬斯克的許多科學嘗試,都讓科學家們頭疼,搞不好這一次,又要讓科學家們頭疼一陣子了吧。

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