美國(guó)密西西比大學(xué)與德州農(nóng)工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中展示了一種亞納米尺度銅催化劑，該材料可通過(guò)電化學(xué)過(guò)程將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。甲烷可作為液態(tài)氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，這一成果為未來(lái)利用火星大氣（約含96%二氧化碳）就地制備返回地球提供了潛在路徑，但距離實(shí)際太空應(yīng)用仍有顯著差距。

火星大氣極為稀薄，團(tuán)隊(duì)通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)捕獲的二氧化碳生成含碳化合物。該催化劑由亞納米級(jí)銅結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其尺寸約為人類頭發(fā)絲寬度的十萬(wàn)分之一，核心作用是引導(dǎo)反應(yīng)向甲烷方向進(jìn)行，以Zui大限度減少副產(chǎn)物。在地面實(shí)驗(yàn)中分離副產(chǎn)物較為容易，但在火星任務(wù)中，攜帶大型純化設(shè)備會(huì)增加質(zhì)量、耗電量和故障風(fēng)險(xiǎn)，因此從化學(xué)反應(yīng)源頭提高選擇性至關(guān)重要。

研究人員強(qiáng)調(diào)，實(shí)驗(yàn)室演示反應(yīng)與運(yùn)行一座完整工廠存在本質(zhì)區(qū)別。目前的研究并未報(bào)告任務(wù)級(jí)的生產(chǎn)速率或涵蓋制造、液化及儲(chǔ)存的集成測(cè)試。要在火星上實(shí)現(xiàn)燃料生產(chǎn)，還需解決電力供應(yīng)、水源獲取、氣體捕獲處理、長(zhǎng)期儲(chǔ)存以及維持?jǐn)?shù)月適宜條件等工程問(wèn)題。甲烷僅是的一部分，整個(gè)系統(tǒng)仍需大量配套支持。

該技術(shù)屬于更廣泛的二氧化碳資源化研究范疇。類似地，其他路線如將二氧化碳電解為固體石墨的過(guò)程也處于早期階段，尚未達(dá)到工業(yè)電池材料規(guī)模。在地球應(yīng)用中，二氧化碳轉(zhuǎn)化甲烷并燃燒會(huì)形成凈零排放循環(huán)，無(wú)法移除大氣中的碳，其主要價(jià)值在于替代部分原生化石碳，并在需求地附近生產(chǎn)燃料或化學(xué)品。

下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃依托密西西比州NASA EPSCoR資助項(xiàng)目測(cè)試其他材料，重點(diǎn)優(yōu)化催化劑的活性、甲烷選擇性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在火星極端環(huán)境下，催化劑的耐久性比短期性能更為關(guān)鍵，因?yàn)樯羁杖蝿?wù)難以獲得備件補(bǔ)給。此外，連續(xù)產(chǎn)氧及雙氣協(xié)同調(diào)度等問(wèn)題仍待解決。此次突破主要降低了甲烷合成的雜質(zhì)控制難度，將其轉(zhuǎn)化為可行的火星返程方案仍需跨越能源、水氧供應(yīng)、系統(tǒng)穩(wěn)定與規(guī)模化等多重門檻。