Разоблачаем секреты фильма «Марсианин»: можно ли получить воду и кислород из гидразина?

В фильме «Марсианин» (2015) главный герой Марк Уотни, оказавшийся один на Марсе, использует хитрый способ для получения воды и кислорода из гидразина — ракетного топлива. Он разбивает молекулы гидразина на атомы водорода и азота, а затем сжигает водород с атмосферным углекислым газом, получая воду и монооксид углерода. Воду он использует для выращивания картофеля, а монооксид углерода он пропускает через катализатор, получая кислород и углекислый газ. Таким образом, он создает себе источник жизненно необходимых ресурсов.

Насколько реалистичен этот способ? Можем ли мы повторить его на Земле или на других планетах? Какие проблемы и риски он может нести? Думаю эти вопросы интересуют не только любителей научной фантастики, но и ученых, инженеров и космонавтов, которые занимаются изучением космоса и планируют будущие миссии.

С точки зрения химии

Процесс разложения гидразина и получения воды и кислорода из него вполне возможен. Гидразин — это бесцветная жидкость с резким запахом, которая широко используется в ракетной технике как топливо или компонент топлива. Он состоит из двух атомов азота и четырех атомов водорода (N2H4). При нагревании или под действием катализатора он разлагается на атомарный водород и азот:

N2H4 → 2N + 4H

Атомарный водород очень реактивен и может соединяться с другими элементами, например с углеродом. На Марсе преобладающим газом в атмосфере является углекислый газ (CO2), который состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. При сжигании водорода с углекислым газом образуется вода (H2O) и монооксид углерода (CO):

2H + CO2 → H2O + CO

Вода — это ценный продукт, который можно использовать для питья, выращивания растений или получения дополнительного кислорода. Для этого нужно разложить молекулы воды на атомы водорода и кислорода с помощью электролиза или других методов. Однако монооксид углерода — это ядовитый газ, который может вызвать отравление или смерть при попадании в организм. Поэтому его нужно либо изолировать от жилого пространства, либо превратить в более безопасное вещество. В фильме Марк Уотни использует для этого катализатор, который состоит из циркония и железа. При пропускании монооксида углерода через катализатор он реагирует с железом, образуя углекислый газ и кислород:

CO + Fe → CO2 + O

Кислород — это еще один ценный продукт, который необходим для дыхания и поддержания огня. Углекислый газ можно вновь использовать для сжигания водорода или выделения из него кислорода с помощью других методов.

Таким образом

Теоретически, способ получения воды и кислорода из гидразина и углекислого газа действительно работает. Однако на практике он имеет ряд сложностей и опасностей, которые нужно учитывать.

Сложности

Во-первых, гидразин — это очень токсичное и взрывоопасное вещество, которое требует особой осторожности при хранении, транспортировке и использовании. Он может вызвать ожоги, раздражение кожи и слизистых оболочек, головную боль, тошноту, рвоту, судороги, кому или смерть при контакте с ним. Он также может взорваться при нагревании, ударе или контакте с окислителями. Поэтому для работы с гидразином нужно иметь специальную защитную одежду, перчатки, очки и маску, а также соответствующее оборудование и технику безопасности.

Во-вторых, процесс разложения гидразина и получения воды и кислорода из него требует большого количества энергии, которая может быть не доступна или ограничена на Марсе или других планетах. Нужно поддерживать высокую температуру для разложения гидразина и сжигания водорода, а также обеспечивать электричество для электролиза воды или работы катализатора. Эта энергия может быть получена из солнечных панелей, батарей, генераторов или других источников, но они могут быть неэффективными, ненадежными или поврежденными в условиях космоса.

В-третьих, процесс получения воды и кислорода из гидразина и углекислого газа имеет низкую эффективность и высокие потери. При разложении гидразина часть водорода может утечь или реагировать с другими элементами, а при сжигании водорода часть тепла может быть потеряна или не использована. При электролизе воды или работе катализатора часть энергии может быть потрачена на побочные реакции или переходные процессы. В результате из определенного количества гидразина можно получить меньше воды и кислорода, чем теоретически возможно.

В-четвертых, процесс может привести к загрязнению окружающей среды или повреждению оборудования. При разложении гидразина и сжигании водорода образуются азот, монооксид углерода и углекислый газ, которые могут негативно влиять на атмосферу, климат или биосферу планеты. При электролизе воды или работе катализатора могут выделяться другие газы или вещества, которые могут быть вредными или опасными для живых организмов или техники. Кроме того, при работе с гидразином и другими химическими реагентами могут происходить проливы, утечки, коррозия или другие повреждения оборудования, которые могут угрожать безопасности и эффективности процесса.

В-пятых, это экономически не выгодно и не рационально. Гидразин — это дорогостоящее и дефицитное вещество, которое не доступно или ограничено на Марсе или других планетах. Его доставка из Земли будет сложной, затратной и рискованной. Его использование для получения воды и кислорода менее неэффективно по сравнению с другими способами, которые могут использовать более дешевые, доступные или возобновляемые ресурсы.

Подытожим

Способ получения воды и кислорода из гидразина и углекислого газа по технологии описанной в «Марсианине» (2015) является интересным и оригинальным, но не лишенным недостатков и проблем. Он может быть применим в чрезвычайных ситуациях или экспериментальных целях, но не является оптимальным или желательным для долгосрочного или массового использования. Для создания более эффективного и безопасного способа получения воды и кислорода на Марсе или других планетах нужно проводить дальнейшие исследования и разработки, учитывая специфику условий космоса и потребности человечества.

За идею для статьи спасибо пользователю Burkeno, я лишь попробовал написать развёрнутый ответ.