科普：航天员呼出的二氧化碳怎么处理？

2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心准时点火发射。

约573秒后，神舟十二号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空，飞行乘组状态良好，发射取得圆满成功。

航天员在空间站生活，呼出的二氧化碳需要进行处理，才能确保他们生活环境的有氧状态。那么，二氧化碳是怎么处理的？有几种处理方式？······

航天员呼出的二氧化碳不仅是废气，而且对人体有害。座舱空气中二氧化碳分压一般都控制在0.5千帕以下，达到2千帕就会影响航天员的健康和安全，严重时会危及生命。所以，航天员呼出的二氧化碳必须采取有效的措施吸收处理。

对于短期飞行的载人航天器而言，通常采用氢氧化锂吸收航天员排入舱内的二氧化碳。 氢氧化锂与二氧化碳发生反应的生成物为碳酸锂，实现了对于二氧化碳的吸收。同时使用一定量的特种活性炭吸附气体中其他的微量有害气体。该方法吸收效率高，工作安全可靠，但这是一种消耗性的二氧化碳去除方法，是一次性使用的。

显然，对于短期飞行来说，航天员呼吸的氧气、吸收二氧化碳使用的吸收剂和净化装置可以一次性地由地面带上天，其费效比还是可以接受的。但是，对于长期飞行来说，大量的消耗品均由地面带上或送上天，其运行成本是十分昂贵的。所以，长期飞行的载人航天器对于二氧化碳的去除需要研究新的方法。

方法之一，采用分子筛作为二氧化碳的吸附材料，利用分子筛对于二氧化碳的吸附能力吸收航天员排出的二氧化碳，同时利用舱外真空资源实现二氧化碳的脱附，将其排入太空。实际系统中采用两组分子筛床，一组进行吸附，另一组则进行解吸，两组交替工作，能够有效地实现舱内二氧化碳的净化。该方案实现了二氧化碳吸收材料及其装置的重复使用，但只是将二氧化碳排出舱外，而没有实现对于二氧化碳的回收利用。

飞船座舱二氧化碳净化组件及座舱通风风机

更为合理的技术路线是氧的再生技术，即人吸收氧气呼出二氧化碳，对于二氧化碳进行收集和再生处理，重新生成可供人体呼吸的氧气。遵循这种研究思路，提出了一种基于物理化学方法的二氧化碳收集浓缩与再生技术。第一步，利用固态胺系统实现对于座舱大气二氧化碳的吸收与浓缩；第二步，利用特种反应器实现对于二氧化碳的加氢甲烷化的还原反应，使之生成甲烷与水；第三步，采用电解方法对水进行电解，产生氢气和氧气，氧气重复供人呼吸使用。

对于大型永久性空间站或未来的外星球基地，科学家们又在航天环境控制与生命保障系统中引入了生态生保技术的概念，利用经过优选的高等植物的光合作用，吸收二氧化碳，产生氧，提高了氧再生的能力和氧气再生回路的闭合度，同时还可补充人所需要的食物。这种技术称之为“受控生态生命保障技术”，是航天环境控制与生命保障技术的新一代研究方向。