Onderzoeksgroep PLASMANT (UA Wilrijk): ‘Zuurstof op Mars produceren kan’
WILRIJK – Een team van chemisten ontdekte dat Marsatmosfeer kan dienen om CO2 om te zetten in zuurstof en CO alsook om stikstof te veranderen in een goede basis voor kunstmest. Prof. dr. Annemie Bogaerts, hoogleraar aan het Departement Chemie van de Universiteit Antwerpen Campus Drie Eiken Wilrijk en hoofd van onderzoeksgroep PLASMANT: ‘Vooral de snelheid en energie-efficiëntie van de omzetting werden nooit eerder bereikt, en kunnen belangrijke implicaties hebben voor de mensheid.’
Marsatmosfeer bestaat grotendeels uit CO2, met twee procent stikstof. Uit deze samenstelling blijkt het mogelijk om onder meer zuurstof en de basis voor kunstmest te halen, zelfs gelijktijdig. De omzetting van CO2 en stikstof gebeurt in een zelfgebouwde plasmareactor. Naast vast, vloeibaar en gasvormig is plasma de vierde aggregatietoestand. Deze toestand ontstaat wanneer gasmoleculen door toevoeging van energie (bijvoorbeeld elektriciteit) splitsen in geladen deeltjes. Plasma is dus een (gedeeltelijk) geïoniseerd gas, dat zowel elektronen en ionen (= geladen deeltjes) als moleculen bevat. Daardoor is het mogelijk om CO2 en stikstof te splitsen en om te zetten in nieuwe moleculen.
Bogaerts: ‘In onze plasmareactor is de omzetting naar nieuwe moleculen mogelijk met een energie-input van één kWh. Je kan dit vergelijken met de hoeveelheid energie die een microgolfoven van 1 000 W verbruikt als hij gedurende een uur opstaat.’ Dezelfde energie-input wordt momenteel gebruikt in het ‘Mars Oxygen In-situ Resource Utilization Experiment’ , beter gekend als MOXIE. Het project heeft als doel aan te tonen dat toekomstige ruimtevaarders zuurstof kunnen maken uit de Marsatmosfeer om te ademen. Op computer is te zien dat O en O2, gevormd door CO2-dissociatie, de oxidatie van de stikstoffractie in de Marsatmosfeer vergemakkelijkt en zo bijdraagt tot de vorming van NOx, wat de basis vormt voor kunstmest. Ook zuurstof kan op deze manier uit Marsatmosfeer worden gehaald. Bogaerts: ‘Het plasma wordt opgewekt door het inbrengen van elektrische energie in een reactor. In de praktijk komt het erop neer dat we allemaal kleine bliksemschichtjes in onze reactor maken. Die bliksemschichtjes splitsen de gasmoleculen in zeer reactieve deeltjes, waarna deze deeltjes botsen en nieuwe producten vormen (zie foto).’
De snelheid waarmee de omzettingsprocessen gebeuren, is indrukwekkend. Voor de omzetting van CO2 in zuurstof bedroeg dit bijvoorbeeld 47 g/h, wat zo een 30 keer hoger is dan de waarde die momenteel wordt behaald door MOXIE (1,6 g/h). Bovendien zijn de bijbehorende energiekosten ongeveer tien keer lager dan in het MOXIE-experiment. Verder toonden de onderzoekers de mogelijkheid aan van NOx-productie, die de basis vormt van kunstmest. Ze waren in staat om zeven procent van de N2-fractie die aanwezig is in de Mars-atmosfeer om te zetten. Bovendien is deze plasmamethode zeer flexibel en daardoor compatibel met de fluctuerende en niet-continue beschikbare Mars-zonne-elektriciteit. De lokale atmosfeer op Mars blijkt erg nuttig te zijn voor het produceren van zuurstof, brandstof en kunstmest. De onderzoekers gaan verder bouwen op hun resultaten. Ze willen nagaan of het koppelen van het plasmaproces aan gasscheidingstechnologie kan zorgen voor zuivere gasstromen aan zuurstof, CO en NOx, die nodig zijn voor levensondersteuning en vervoer tijdens toekomstige robot- of zelfs menselijke verkenning van de rode planeet. (EM / Foto UAntwerpen)
