科学家利用太阳能从月壤中成功提取了水和氧气。这项技术能用在月球表面吗？

“我们从未真正认识到月壤的价值。”

月球基地的艺术想象图（图片来自欧洲空间局的卡里尔）

未来的月球定居者可以通过开采月壤，产生氧气和甲烷，以满足呼吸和发射火箭的需求！

以上是一个我国科研团队得到的结论，他们已经找到了一种仅通过一个步骤即可实现上述过程的方法，只是这个过程从经济上是否可行依然存在争议。

不过我国的科研团队认为这是可行的，团队的成员王璐是香港中文大学的化学家，他表示：“这个一步整合的提取过程获得成功是令人惊讶的。通过对提取水分和利用光热二氧化碳催化这两个过程进行整合，我们能够提升能源利用效率，并降低成本和基础设施开发的复杂度。”

科研团队指出：根据现有的研究，从地球向月球运送物资是非常昂贵的，因为物资的质量越大，运输火箭发射到太空越困难。研究表明，从地球到月球仅仅运送一加仑水（约3.8公斤）的费用将达到83000美元，而每个宇航员每天需要4加仑水！

幸运的是，月球上存在足够的水，只是被隐藏了起来。彗星、小行星和微型流星的撞击，甚至太阳风的存在，都给月球带来了水，这些水就隐藏在月极地区常年背光的陨石坑中，安静的待在钛铁矿等矿物内部。

月球的南极地区，蓝色区域为科学家判断很可能存在水的地方

从月极地区提取饮用水并不算困难，科学家已经给出了多条详细的技术路线，包括将太阳光聚焦后加热表层浮土这些方式，但是我国的科研团队在此基础上又前行了一步。

本文作者采访了佛罗里达中央大学的行星物理学教授菲利普•梅茨格，他虽然并未参与到这项研究中，但却是美国航天局肯尼迪航天中心“湿地工厂”（一个实验室，负责研究在行星及月球表面的建设、制造、采矿等技术）的创建者之一。梅茨格对这项科研成果给出了解释：“其创新之处在于：利用月壤作为催化剂裂解二氧化碳，然后再与提取到的水分合成为甲烷。”

而从火箭燃料的角度看，甲烷比液氢更合适，因为它更容易保持稳定，其在月球上保存所需的装置更简单且成本更低。液态甲烷与氧气混合被氧化后，就变成了强劲的火箭燃料。像我国的蓝剑航天等商业公司已经开始发射甲烷推进的火箭了。

嫦娥5号的月壤在光热反应堆的底部（图片来自网络）

含有水分的钛铁矿在水和二氧化碳反应生成氧气和甲烷的过程中可以起到催化剂的作用，我国的科研团队实现了“单步完成这一过程”的目标。他们先利用太阳光聚焦，将月壤加热到200摄氏度，这时水分会被释放出来。然后利用宇航员呼吸释放出来的二氧化碳，将其加入到反应物中，钛铁矿作为催化剂就开始对水和二氧化碳进行催化。研究人员在实验室中对这一光热催化反应进行了测试，由于嫦娥5号带回地球的月壤非常珍贵，他们基于其成分创造了一个模拟的月壤，测试基于模拟月壤完成。

之前的各种技术也能实现这一过程，但是却需要更多的步骤和仪器装置，并且需要使用从地球运送到月球的催化剂才能完成。这也是我国科研团队认为新方法更加有效且具有更低成本的原因。

覆盖着月壤的月球表面（图片来自网络）

然而，梅茨格并不肯定这个方法一定能够成功。因为月壤具有良好的隔热性能，像样品那样完全加热并不容易。

梅茨格对此做了解释：“热能并不能有效的深入到月壤下面，这会大大降低水的生成量”。对此问题的一个解决办法是不断的翻动月壤，让加热过程更加均匀，但这又会降低水的生成速度，并在整个过程中增加了机械装置的复杂度。而在一个月球尘埃无孔不入、日夜温度波动达到250摄氏度的环境下，一个机械装置的加入无疑会增加整个反应系统崩溃的风险。

因此，梅茨格的评价是：“这个方法也许是可行的，但是整个技术路线需要更加成熟才能使其具备竞争力。”

嫦娥5号月球探测器收集到的月壤样品，于2025年4月27日在上海世界博览会会议中心纪念第十个我国航天日的一个科学展览中展出。

并且，梅茨格和我国科研团队都发现在二氧化碳的使用方面也存在一个问题：宇航员的呼吸过程是否能够产生足够的二氧化碳？按照梅茨格的估算，宇航员仅能满足十分之一的二氧化碳需求量。另一个方案是从地球运输二氧化碳过去，但是这又明显与此技术方案的初衷相违背，因为科学家的本意是：找到一个利用月球上已有资源来生产水、氧气和甲烷的方法。

但是长远来看，也许从地球运送一些物资来实现这个过程会更有利。梅茨格举了一个类似的实验作为例子，在该实验中使用了一种奇特的颗粒状催化剂 - 镍包硅藻土（硅藻土是沉积岩的一种）来替代月壤来实现整个过程。梅茨格认为使用类似镍包硅藻土这种专门设计的催化剂有可能比月壤会更加有效。此外，虽然将催化剂从地球运输到月球费用昂贵，但是由于这种特制催化剂是可以反复利用的，因此仅需运输一次。从长期来看，镍包硅藻土这种方案的成本效益分析结果会更优。

尽管如此，来自我国的研究团队已经令人信服的证明了：利用月壤作为催化剂产生燃料和水是切实可行的。下一步工作是要证明这一方案相比其它方案具有更优的效率，以扩大产量支撑整个月球基地的运行。此外，研究团队还需要证明一个问题：在重力微弱、温度极端变化并且宇宙射线强烈的月球环境下，这个方案依旧是可行的。

梅茨格评价：“我认为这项实验结果非常有趣，对于利用月壤作为光触媒的思路未来可能会得到更多的应用。我们还需要做更多的工作，才能从经济角度确认这个方案是否具备竞争力。我个人对此依旧心存疑虑，但是所有的好点子都会面临这类质疑，直到有人通过进一步的工作证实它们的可行性。”

美国航空航天局的阿尔忒弥斯计划（图片来自网络）

当然，对这项技术的需求并不是非常急迫的。美国航空航天局的阿尔忒弥斯III项目的目标是在2027年将宇航员送返月球表面，阿尔忒弥斯IV、V计划的资金依旧在筹备中，尚未有明确的时间点，即永久性的月球基地建设尚未真正启动。

但是，阿尔忒弥斯项目是实验这些技术的一个好机会，其重要性在于验证我们是否真的能够在月球上长期生活。

BY:Keith Cooper