我国空间站成功开展“人工”光合作用试验

2025-01-20 10:11:26 来源：中国科技网

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近日，在中国空间站梦天实验舱航天基础试验机柜其中一个“太空抽屉”里，开展了地外人工光合作用技术试验，成功实现了高效二氧化碳转换和氧气再生新技术的国际首次在轨验证，有望为我国未来载人深空探测重大任务奠定技术基础。

什么是地外人工光合作用？

科学家发现半导体催化剂在光照射下可实现水的分解和二氧化碳转换，并将其称为“人工光合作用”。“人工光合作用”与绿色植物的光合作用有相似之处：

第一，都是将太阳能转换成为化学能；

第二，反应原料都是水和二氧化碳，产物是氧气和含碳化合物。

2015年，我国科研人员提出在地外开展原位资源利用的“地外人工光合作用”概念并开展研究。“地外人工光合作用”是在地外通过物理化学方法利用太阳能将二氧化碳和水原位转化成氧气和含碳化合物，是一种基于原位资源利用的高效二氧化碳转换和氧气再生新技术。

地外人工光合作用技术有什么优点？

相比于常用的高温、高压二氧化碳还原技术，地外人工光合作用可以在常温（室温~298K）、常压（一个大气压~101kPa）条件下实现二氧化碳还原和产氧；还能够实现太阳能→化学能、太阳能→电能→化学能、太阳能→热能→化学能等多种能量转换方式，有效提高能量的利用效率。

另外，通过改变反应的催化剂，可以定制化地获得地外人工光合作用的不同二氧化碳还原产物，包括可作为推进剂的甲烷或乙烯、可作为合成糖类的重要原料甲酸等，对未来地外长期生存和原位资源利用有重要价值和意义。

在轨试验装置有哪些特点？

地外人工光合作用技术试验装置虽然只是航天基础试验机柜其中一个“太空抽屉”，但是功能却很强大。它不仅能够在轨通过“人工光合作用”制备氧气和含碳燃料，还能够实现对反应过程的监测和产物的在线分析，并获得大量微重力环境下气、液、固多相物理化学过程试验数据，为科学研究和技术发展提供重要基础。

另外，这个“太空抽屉”还具备在轨“升级”能力，通过在轨更换模块操作，可验证不同种类的反应，实现技术快速迭代。

在轨试验取得了哪些结果？

目前，地外人工光合作用技术试验装置已经完成了第一、二阶段共12次在轨试验，国际上首次实现了基于地外人工光合作用技术的二氧化碳转换和氧气再生，获得了氧气和二氧化碳还原产物乙烯。

本阶段试验成功验证了常温二氧化碳催化转化，微重力下固、液、气多相反应界面上气体输运与分离，空间高精度气体和液体流量控制，以及氧气和二氧化碳还原产物高灵敏度在线检测等关键技术，获得了大量微重力下的多相物理化学反应过程试验数据，为发展地外原位资源利用新技术提供了重要基础。

未来有望进一步支撑人类地外生存和深空探测

未来，如果人类的脚步再次踏入月球，甚至到达更遥远的火星和小行星，如何实现“摆脱地球资源供给”是人类长期地外生存的主要挑战之一。

“我们有可能在另一个星球上长期居住吗？”已成为全球最前沿的125个科学问题之一。利用星壤资源或火星大气中的二氧化碳资源，原位制备氧气和燃料，是实现地外原位资源利用并摆脱地球资源供给的重要手段。地外人工光合作用技术有望作为未来地外原位资源利用的重要技术之一，为我国载人深空探测重大任务提供关键技术支撑。