太空制氢制氧的难题
自 1960 年代人类首次进入太空以来，有一个问题始终困扰着科学家们：如何在太空中高效可靠地制造氧气和氢气。国际空间站目前使用的是重型高耗能系统，但对于长期太空任务来说，这并不理想。
现在，来自华威大学、不来梅大学应用空间技术和微重力中心（ZARM）以及佐治亚理工学院的研究人员找到了一个巧妙的解决方案：既轻便又简单，还更加可持续。
他们想到的办法就是利用磁性材料在太空搞氢氧分离！
在太空中制造氧气和氢气通常靠水电解——用浸在电解质中的电极把水分解成氢气和氧气。
但问题出现了：在失重环境下，气泡不会像在地球上那样往上冒。它们黏在电极上，悬浮在液体里，这就需要复杂笨重又耗能的流体管理系统。
对长期太空任务而言，这太不实用：毕竟在太空中，增加多一公斤重量和消耗多一瓦功率都是金贵得很。
落塔实验验证磁力方案
华威大学荣誉教授、ZARM 主任兼人类太空探索技术教授卡特琳娜·布林克特却是自信满满：“我们已经证明，分离氢气和液氧根本不需要离心机或任何机械运动部件。”
这个国际研究团队在不来梅的落塔实验中证明，简单的磁场就能解决问题，让气泡在微重力环境中从电极上脱离，完全不需要笨重的设备。这项研究刊登在《自然化学》杂志上。
（落塔实验是一种利用自由落体运动创造微重力环境的航天科学技术实验方法，核心原理是通过实验舱自由下落抵消地球引力，使舱内物体处于接近失重的状态）
研究团队近期发布的这些成果来自过去四年的联合研究。
国际团队的研发历程
佐治亚理工学院的阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃最早在 2022 年提出了最初想法，并进行了计算和数值模拟，然后继续开发用磁效应将水分解为氧气和氢气的系统。
为了在电化学和光电化学配置中验证和量化理论，卡塔琳娜·布林克特带领的团队（先在华威大学直到 2024 年，后转到 ZARM）开发了在微重力下测试的实验和设备。
华威大学博士研究员绍米卡·萨拉瓦纳巴万说：在 ZARM 期间，通过多次落塔实验确认了电解电池中相分离的磁浮力效应，使用的电极材料有一部分是在华威制造的。
研究人员用标准永磁体开发出一套被动相分离系统，能把气泡从电极推开并在指定位置收集起来。
两种磁力收集方法
为了实现这个突破，团队开发了两种相辅相成的方法来收集氧气泡。
第一种方法利用水在微重力下对磁场的天然反应，引导气泡到收集点。
第二种方法使用磁流体动力学：磁场与电解产生的电流相互作用产生的力。这在液体中制造出旋转运动，通过对流将气泡从水中分离出来：效果就像国际空间站使用的机械离心机一样，只不过用的是磁力而非机械旋转。
实验结果令人振奋：磁力可以大大增强气泡的分离和运动，将电化学电池的效率提高了 240% 之多。
不来梅大学 ZARM 研究员奥默·阿凯说：“我们开发的电池让微重力下的水电解制氢制氧效率几乎达到了地面水平。”
成果意义与下一步验证
最终团队证明了磁力可以在微重力下控制电化学气泡流动，这超越了现有的低重力流体力学技术水平，为未来的载人航天任务铺平了道路。
这就解决了航天工程的一个老大难问题，为开发更简单、更坚固、更可持续的载人太空探索生命支持系统开辟了一条新路子。研究团队准备下一步通过亚轨道火箭飞行来验证这套系统。
【信息来源：贝特朗·蒙涅】