Pembuatan Oksigen di Mars Berhasil

Hampir 100 juta mil dari Bumi, di permukaan Mars, sebuah instrumen dapat membuktikan bahwa di planet merah dan berdebu ini dapat menghasilkan oksigen. Alat seukuran kotak makan itu bisa berfungsi menghasilkan oksigen seperti pohon kecil dengan andal.

Sebuah eksperimen pemanfaatan sumber daya oksigen in-situ Mars (Mars oxygen in-situ resource utilization experiment/Moxie) yang dipimpin The Massachusetts Institute of Tecahnology (MIT), berhasil memproduksi oksigen dari atmosfer kaya karbon dioksida di planet Mars sejak April 2021.
Dalam laporan penelitian yang diterbitkan jurnal Science Advances edisi Rabu (31/8), sekitar dua bulan setelah mendarat di permukaan Mars sebagai bagian dari misi penjelajah wahana Perseverance NASA ke Mars pada 2020, para peneliti melaporkan bahwa pada akhir 2021, Moxie mampu menghasilkan oksigen setelah tujuh kali percobaan.
Proses produksi oksigen dilakukan dalam berbagai kondisi atmosfer, termasuk siang dan malam, dan melalui musim Mars yang berbeda. Dalam setiap percobaan, instrumen mencapai target menghasilkan enam gram oksigen per jam, sama dengan hasil produksi pohon sederhana di Bumi.
Dari percobaan tersebut, para ilmuwan di masa depan berharap dapat meningkatkan kapasitas produksi melalui alat yang memiliki kemampuan lebih tinggi. Hal ini akan dilakukan sebelum misi pengiriman manusia ke Mars agar kelak diharapkan dapat menghasilkan oksigen dengan kecepatan beberapa ratus pohon.
Pada kapasitas itu, sistem harus menghasilkan oksigen yang cukup untuk menopang manusia setelah mereka tiba dan juga bahan bakar roket untuk mengembalikan astronot kembali ke Bumi. Dengan konsistensi produksi yang dilakukan Moxie, menjadi langkah awal yang menjanjikan menuju tujuan tersebut. "Kami telah mempelajari banyak hal yang akan menginformasikan sistem masa depan pada skala yang lebih besar," kata Michael Hecht, peneliti utama misi Moxie di Haystack Observatory MIT seperti dikutip dari Scitech Daily.
Produksi oksigen oleh Moxie di Mars juga merupakan demonstrasi pertama dari pemanfaatan sumber daya in-situ. Ini adalah ide untuk memanen dan menggunakan bahan mentah planet berupa karbon dioksida, untuk membuat oksigen yang dalam pemikiran sebelumnya harus diangkut dari Bumi.
"Ini adalah demonstrasi pertama yang benar-benar menggunakan sumber daya di permukaan benda planet lain, dan mengubahnya secara kimiawi jadi sesuatu yang akan berguna untuk misi manusia," kata Jeffrey Hoffman, wakil peneliti utama Moxie yang juga seorang profesor praktik di Departemen Aeronautika dan Astronautika (MIT). "Ini bersejarah dalam pengertian itu," imbuh dia.
Sebagai alat percobaan, Moxie saat ini memiliki desain kecil, agar bisa diangkut oleh wahana penjelajah Perseverance. Alat ini dibangun untuk berjalan untuk waktu yang singkat, memulai dan mematikan dengan setiap putaran, tergantung pada jadwal eksplorasi dan tanggung jawab misi kendaraan penjelajah Mars. "Sebaliknya, pabrik oksigen skala penuh untuk Mars akan mencakup unit yang lebih besar yang idealnya akan berjalan terus menerus," kata Hoffman.
Terlepas dari kendala yang diperlukan dalam desain Moxie saat ini, instrumen tersebut telah menunjukkan bahwa itu dapat secara efisien dan andal mengubah atmosfer Mars menjadi oksigen murni. Alat pertama kali akan menyedot udara Mars melalui filter untuk membersihkannya dari kontaminan.
Udara kemudian diberi tekanan dan dikirim melalui Solid OXide Electrolyzer (Soxe). Instrumen ini, yang dikembangkan dan dibuat oleh OxEon Energy, secara elektrokimia membagi udara yang kaya karbon dioksida menjadi ion oksigen dan karbon monoksida.
Ion oksigen kemudian diisolasi dan digabungkan kembali untuk membentuk oksigen molekuler O2 yang dapat berhirup manusia. Moxie kemudian mengukur keluaran ini untuk kuantitas dan kemurnian sebelum melepaskannya kembali tanpa bahaya ke udara, bersama dengan karbon monoksida dan gas atmosfer lainnya.

Lebih Bervariasi
Sejak wahana penjelajah Perseverance mendarat di Mars pada Februari 2021, para insinyur Moxie telah memulai instrumen tujuh kali sepanjang di sana. Setiap kali dibutuhkan beberapa jam untuk pemanasan, lalu satu jam lagi untuk membuat oksigen sebelum dimatikan kembali.
Setiap dinyalakan dijadwalkan untuk waktu yang berbeda siang atau malam, dan di musim yang berbeda, untuk memeriksa apakah Moxie dapat mengakomodasi perubahan kondisi atmosfer planet.
"Atmosfer Mars jauh lebih bervariasi daripada Bumi," ungkap Hoffman. "Kepadatan udara dapat bervariasi dengan faktor dua sepanjang tahun, dan suhu dapat bervariasi hingga 100 derajat. Salah satu tujuannya adalah untuk menunjukkan bahwa kami bisa menyalakan semua alat di semua musim," lanjut dia.
Sejauh ini, Moxie telah menunjukkan bahwa ia dapat membuat oksigen hampir setiap saat sepanjang hari dan tahun Mars. "Satu-satunya hal yang belum kami tunjukkan adalah saat menyalakan pada fajar atau senja, ketika suhu berubah secara substansial," kata Hecht. hay/I-1

Terwujudnya Impian Para Penulis Fiksi Ilmiah

Kemampuan Mars oxygen in-situ resource utilization experiment (Moxie) membuat oksigen, oleh NASA disebut seperti impian para penulis fiksi ilmiah selama beberapa dekade. Melalui perangkat seukuran gelombang mikro yang terpasang pada wahana penjelajah Perseverance, terbukti mampu mengubah karbon dioksida menjadi oksigen di planet Mars.
Para fisikawan mengatakan bahwa mereka telah menemukan cara untuk menggunakan berkas elektron dalam reaktor plasma untuk menciptakan lebih banyak oksigen. Teknik ini suatu hari nanti mungkin tidak hanya membantu astronot bernafas di planet Merah.
"Tetapi juga bisa berfungsi sebagai cara untuk membuat bahan bakar dan pupuk," kata seorang ilmuwan eksperimental di Massachusetts Institute of Technology (MIT), Michael Hecht, seperti dikutip dari laman NASA.
Tapi Hecht, yang memimpin instrumen wahana penjelajah pembuat oksigen, mengatakan pendekatan baru masih memiliki sejumlah tantangan untuk diatasi sebelum manusia datang ke sana.
Ketika Perseverance mendarat di kawah Jezero pada 2020, ia membawa Moxie. Perangkat ini menyedot udara Mars, yang 95 persennya merupakan karbon dioksida. Dengan memompa arus antara dua elektroda bermuatan berlawanan dalam sel elektrokimia, Moxie dapat membagi karbon dioksida menjadi ion karbon monoksida dan oksigen. Ion oksigen kemudian bergabung satu sama lain untuk menghasilkan gas oksigen.
Eksperimen ini telah menjadi bukti konsep yang berhasil. Tetapi untuk bekerja, Moxie perlu memberi tekanan dan memanaskan udara Mars memerlukan suku cadang tambahan yang menghabiskan energi dan membuatnya besar.
Seorang fisikawan di Universitas Lisbon, Vasco Guerra, berpikir bahwa reaktor plasma mungkin merupakan pendekatan yang lebih baik. Seberkas elektron, dipercepat ke tingkat energi tertentu, dapat membagi karbon dioksida menjadi ion komponennya, atau plasma, seperti Moxie.
"Selain itu, reaktor plasma akan sangat cocok untuk atmosfer Mars, yang sekitar 100 kali lebih tipis dari Bumi. Membuat dan mempercepat berkas elektron di udara tipis jauh lebih mudah," kata Guerra. "Ada tekanan yang ideal untuk operasi plasma, dan Mars memiliki tekanan yang ideal," ujar dia.
Di laboratorium, ia dan rekan-rekannya memompa udara yang dirancang untuk menyesuaikan tekanan dan komposisi Mars ke dalam tabung logam. Tidak seperti Moxie, mereka tidak perlu mengompres atau memanaskan udara.
Namun, dengan menembakkan berkas elektron ke dalam ruang reaksi, mereka mampu mengubah sekitar 30 persen udara menjadi oksigen. Mereka memperkirakan bahwa perangkat tersebut dapat menghasilkan sekitar 14 gram oksigen per jam. "Cukup untuk mendukung pernapasan selama 28 menit," tim Guerra itu melaporkan pada Kamis (1/9) di Journal of Applied Physics. hay/I-1