Mars'ta Karbondioksitten Oksijen Üretebilecek Elektronik Bir Ağaç: MOXIE

Mars'a gönderilmek üzere, 30 Temmuz 2020'de fırlatılan Perseverance ("Azim") keşif aracı ("rover") 18 Şubat 2021 tarihinde Mars'a ulaşacak. Mars'a gönderdiğimiz 4. rover olan Perseverance, gönderdiğimiz diğer roverların aksine bu kez, ana amacı yaşamın izlerini ("biyo-imza") aramak olan ilk yüzey araştırma aracı olacak. Fakat Perseverance'ın tek amacı yaşamın geçmiş kalıntılarını aramak değil, aynı zamanda tıpkı bir bitki gibi, karbondioksitten oksijen üretilmesini sağlamak da diğer önemli bir hedefi içerisinde yer alıyor.

Bunun içinse, "MOXIE" adı verilen ve açılımı "Mars Oksijen ISRU Deneyi" olan bir cihaz bu işlemi gerçekleştirebilmek üzere, Perseverance gezgininin içerisine yerleştirilmiş bir hâlde bulunmaktadır. Tasarlayanlar, havadaki karbondioksit gazını kullanmanın dışında, buz olarak bulunan katı su moleküllerinin içerisindeki oksijeni ayrıştırmayı düşündüler, fakat Mars'ın atmosferindeki (yaklaşık) %96 oranında CO₂ molekülünü göz önüne aldıklarında bu düşünceden vazgeçip ana odaklarını tümüyle CO₂ molekülü üzerine çevirdiler. Bunun yanı sıra, Mars'ın atmosferindeki oksijen düzeyine bakacak olursak; Dünya'daki %20,95 oranındaki oksijen düzeyine karşın, %0,16 oranında bulunmaktadır - ki bu da oldukça düşük bir değerdir.

NASA

MOXIE Nasıl Çalışır?

Bu cihazın nasıl işlediğine gelecek olursak... Biraz önce de kısaca belirttiğimiz gibi, ortamdaki CO₂ gazını alır ve bu molekülü, "katı oksit elektroliz hücresinde" elektroliz işleminden geçirerek ayrıştırır. Ayrıştırma işleminden sonra O₂ gazını oluşturur ve ortama geri bırakır.

Bu işlemi biraz daha açacak olursak: Öncelikle, O₂ gazı oluşabilmesi için 2 adet CO₂ molekülüne ihtiyaç vardır. Çünkü, molekül elektrolize uğradığında karşımıza CO₂ + 2e^-⇒ CO + O^-2 tepkimesi ortaya çıkar. Görüldüğü üzere, bir adet CO₂ bileşiğinin ayrışmasından yine bir adet oksijen iyonu elde edebiliriz. Bu nedenle, oksijen gazı için, yani O₂ oluşturabilmek için 2 adet CO₂ gazının elektroliz işlemine uğraması gerekmektedir. Ancak böylelikle ortaya çıkan oksijen iyonları, sistemin anot kısmında birleşerek O₂ bileşiğini meydana getirebilir. Sonuç olarak net reaksiyon şu şekildedir:

2CO₂ ⇒ 2CO + O₂

En nihayetinde ise, cihaz oluşan bileşiğin (O₂) saflık kontrolünü yaptıktan sonra (%99,6 oranında bir saflık oranı beklenmekte) artık ihtiyaç duyulan oksijen gazını ortama bırakabilmektedir.

MOXIE Ne Kadar Oksijen Üretebilmektedir?

MOXIE cihazı, diğer bir Perseverance projesi olan Mars helikopteri Ingenuity'de de olduğu gibi, şu anlık sadece deney aşamasındadır ve bu nedenle daha çok, ne düzeyde çalışacağı ya da gelecekteki beklentileri karşılayıp karşılayamayacağı test edilecektir. Nitekim, MOXIE çalıştığı süre boyunca, saate yaklaşık olarak 10-22 gram aralığında oksijen üretebilmektedir ki bu da bir insanın, bir saatte tüketmesi gereken oksijen miktarının yanında düşük kalmaktadır.

Peki, Solunum İçin Ne Kadar Oksijene İhtiyaç Vardır? MOXIE Bunu Ne Düzeyde Karşılayabilir?

Bir insan günde yaklaşık olarak (Uluslararası Uzay İstasyonu verilerine göre) 840 gram oksijen tüketmektedir ve bunu da MOXIE cihazı ile karşılaştırabilmek adına bir saate uyarladığımızda (gece ve gündüz farklarını hesaba katmazsak, yaklaşık olarak) 35 gram olduğu ortaya çıkmaktadır. Üstelik, bu değer sadece bir kişi için geçerlidir. Gelecekte Mars'a yapılacak insanlı yolculuklarda, sadece bir kişi değil, ekip hâlinde olunacağını göz önüne aldığımızda, bu cihaz şimdilik gelecek adına olan taleplerimizi karşılayamamaktadır.

NASA

Bu konu ile üzerine, MOXIE cihazını üretmekten sorumlu olan Baş Araştırmacı Michael Hecht, bu oksijen jeneratörlerinin şu an oluşturulan modelden yaklaşık 100 kat daha büyük olması gerektiğini söylemektedir! Çünkü Hecht'e göre, insanlı yolculuklarda, cihazın saatte yaklaşık 2-3 kilogram kadar oksijen üretmesi gerekmektedir ve bu da ancak böylesine büyük bir cihaz sayesinde mümkün olabilecektir.

Mars'tan Dünya'ya Geri Dönüşteki Yakıt Sorununa Getirdiği Çözüm

Evet, MOXIE'nin ana amacı, gelecekteki insanlı yolculuklarda, solunum için gerekli olan oksijeni üretmektir. Ancak tek amacı da bu değildir. Roketler fırlatılırken yakıt için oksijen tüplerine (sıvı oksijen) ihtiyaç vardır. Fakat burada oluşan önemli bir engel, yakıtların çok fazla ağırlık yapmalarıdır ve dolayısıyla da roketin havalanıp atmosferden çıkma sürecinde ciddi bir ağırlık oluşturmaktadır. Bunun için, fırlatma sonrasında, kullanılan yakıtlar bittikçe, roketin kütleçekimine yenik düşmemesi amacıyla kademeli olarak roketten ayrılırlar ve okyanus yüzeyine düşerler.

Üstelik tahmin edeceğimiz üzere, bu sorun sadece Dünya'nın atmosferinden çıkarken değil, Mars'tan Dünya'ya geri dönerken, Mars'ın atmosferinden çıkarken de karşılaşacağımız bir gerçektir. Ne de olsa insanların orada mahsur kalması en son isteyeceğimiz şeydir. Buna bir çözüm olarak ise, tüm yakıtı Dünya'dan temin etmek yerine, sıvı oksijeni, MOXIE cihazı sayesinde Mars'ta üretmek öne sürülmüştür. Çünkü ancak böylelikle, Mars'ın atmosferini aşmak için gerekli yakıtın tamamını Dünya'dan taşımak zorunda kalmamış oluruz. Ayrıca, bu sorun sadece atmosferden ayrılabilmenin dışında ekonomik olarak da ciddi engeller doğurmaktadır. Öyle ki, bu değer, tüm yakıtın Dünya'dan temin edilmesi hâlinde fazladan milyarlarca dolara mâl olabilmektedir!

MOXIE'nin Başarısını Engelleyebilecek Kısıtlar

Bahsettiğimiz gibi, daha yalnızca deney aşamasında olan MOXIE, Perseverance'ın yoğun çalışma programından dolayı pil kullanımında oluşacak kısıtlar nedeniyle ayda sadece 1 kez çalıştırılacak ve bu çalışma süresi 1 saati aşamayacaktır. Evet, sadece 1 saat! Çünkü bir diğer sorun, cihazın yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 800 derece) çalışmasıdır. Bundan dolayı, hem cihazın kendisini, hem de çevresini, yani Perseverance'ı korumak amacıyla çeşitli yalıtım malzemeleri kullanılmıştır; örneğin, dış cephesi altın ile kaplanmıştır. Ayrıca bunlara ek olarak, Mars'ın ince atmosferi nedeniyle oluşan ciddi hava sıcaklığı farkları da MOXIE'nin sağlıklı bir şekilde çalışabilmesinin önündeki diğer bir engeldir.

NASA

Sonuç

Özetle, MOXIE cihazı henüz vadettiklerini karşılamaktan oldukça uzaktadır diyebiliriz. Fakat sık sık belirttiğimiz gibi, şu anda Mars'taki diğer birçok projede olduğu gibi MOXIE cihazı da deneme aşamasındadır ve gelecekteki insanlı yolculuklarda karşımıza çıkacak sorunların çözümü konusunda bizlere çok kritik bilgiler sunacağı yadsınamaz bir gerçektir.