När det gäller vatten och Mars, det finns goda nyheter och inte så bra nyheter. De goda nyheterna:det finns vatten på Mars! De inte så goda nyheterna?

Det finns vatten på Mars.

Den röda planeten är mycket kall; vatten som inte är fruset är nästan säkert fullt av salt från Mars-jorden, vilket sänker dess frystemperatur.

Du kan inte dricka saltvatten, och den vanliga metoden som använder elektricitet (elektrolys) för att bryta ner den till syre (för att andas) och väte (för bränsle) kräver att saltet avlägsnas; en besvärlig, kostsamma ansträngningar i en hård, farlig miljö.

Om syre och väte direkt kunde tvingas ut ur saltvatten, dock, att saltlakeelektrolysprocessen skulle vara mycket mindre komplicerad – och billigare.

Ingenjörer vid McKelvey School of Engineering vid Washington University i St Louis har utvecklat ett system som gör just det. Deras forskning publicerades idag i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Forskargruppen, ledd av Vijay Ramani, Roma B. och Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor vid Institutionen för energi, Miljö- och kemiteknik, validerade inte bara sitt elektrolyssystem för saltlösning under typiska markförhållanden; systemet undersöktes i en simulerad marsatmosfär vid -33 F (-36 C).

"Vår saltlakeelektrolysator från Mars förändrar radikalt den logistiska kalkylen för uppdrag till Mars och bortom", sa Ramani. "Denna teknik är lika användbar på jorden där den öppnar upp haven som en livskraftig syre- och bränslekälla"

Sommaren 2008 NASA:s Phoenix Mars Lander "rörde och smakade" Marsvatten, ångor från smält is grävt upp av landaren. Sedan dess, Europeiska rymdorganisationens Mars Express har upptäckt flera underjordiska dammar med vatten som förblir i flytande tillstånd tack vare närvaron av magnesiumperklorat-salt.

För att leva – även tillfälligt – på Mars, för att inte tala om att återvända till jorden, astronauter kommer att behöva tillverka en del av förnödenheterna, inklusive vatten och bränsle, på den röda planeten. NASA:s Perseverance rover är på väg till Mars nu, bära instrument som kommer att använda högtemperaturelektrolys. Dock, Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) kommer endast att producera syre, från koldioxiden i luften.

Systemet som utvecklats i Ramanis labb kan producera 25 gånger mer syre än MOXIE med samma mängd ström. Den producerar också väte, som skulle kunna användas för att driva astronauternas resa hem.

"Vår nya saltlösningselektrolysator innehåller en blyruthenatpyrokloranod utvecklad av vårt team i samband med en platina-på-kol-katod", sa Ramani. "Dessa noggrant designade komponenter i kombination med optimal användning av traditionella elektrokemiska ingenjörsprinciper har gett denna höga prestanda."

Den noggranna designen och den unika anoden gör att systemet kan fungera utan behov av uppvärmning eller rening av vattenkällan.

"Paradoxalt, det lösta perkloratet i vattnet, så kallade orenheter, faktiskt hjälpa till i en miljö som den på Mars, " sa Shrihari Sankarasubramanian, en forskare i Ramanis grupp och medförfattare till artikeln.

"De hindrar vattnet från att frysa, " han sa, "och även förbättra prestandan hos elektrolyssystemet genom att sänka det elektriska motståndet."

Vanligtvis, vattenelektrolysatorer använder högrenade, avjoniserat vatten, vilket ökar kostnaden för systemet. Ett system som kan arbeta med "suboptimalt" eller saltvatten, som tekniken som demonstrerats av Ramanis team, kan avsevärt förbättra det ekonomiska värdet av vattenelektrolysörer överallt – även här på planeten jorden.

"Efter att ha demonstrerat dessa elektrolysörer under krävande marsförhållanden, vi har för avsikt att även använda dem under mycket mildare förhållanden på jorden för att använda bräckt eller saltvatten för att producera väte och syre, till exempel genom havsvattenelektrolys, " sa Pralay Gayen, en postdoktoral forskarassistent i Ramanis grupp och även en gemensam förstaförfattare på denna studie.

Sådana applikationer kan vara användbara inom försvarssfären, skapa syre efter behov i ubåtar, till exempel. Det kan också ge syre när vi utforskar okända miljöer närmare hemmet, i det djupa havet.

De underliggande teknologierna som möjliggör saltlösningselektrolysersystemet är föremål för patentansökan via Office of Technology Management och är tillgängliga för licensiering från universitetet.