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摘要：日本九州大学等为NASA提出的月球表面探索计划（阿耳忒弥斯计划）开发的载人加压漫游车而设计的CO2分离与去除装置，具有将飞船内宇航员的生活空间中的CO2分离并去除到飞船外的功能。

关键词：JAXA、NASA、CO2选择性渗透膜、减压蒸汽吹扫、月球车

日本九州大学、株式会社JCCL（总部：福冈市西区）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与东京工业大学展开合作，成功设计了一种用于分离和去除载人太空探索飞行器（例如载人加压漫游车）内的CO₂的膜分离装置。

此次设计的是为JAXA目前正在为NASA提出的月球表面探索计划（阿耳忒弥斯计划）开发的载人加压漫游车而设计的CO₂分离与去除装置，具有将飞船内宇航员的生活空间中的CO₂分离并去除到飞船外的功能。

图1 含胺凝胶制成的CO₂选择性渗透膜

基于九州大学研究生院工学研究院的研究成果，利用由株式会社JCCL开发的高性能CO₂选择性渗透膜（含胺凝胶颗粒膜）和减压蒸汽吹扫式膜分离装置，研究小组优化了将载有两名宇航员的加压漫游车中的宇航员呼出的空气中所含的CO₂分离出来、并排放到航天器外部的设备的运行条件，以将飞行器内的CO₂浓度保持在较低的浓度。

图2 减压蒸汽吹扫式CO₂膜分离器模型图

研究结果表明，根据宇航员的活动状态（睡眠时间、活动时间和运动时间）而显著变化的CO₂产生量，通过适当改变CO₂去除装置中使用的膜组件的数量，可以在不损失流动站内部有用气体（氮气和氧气）的情况下适当抑制二氧化碳浓度的增加。

研究还表明，根据运动状态，通过调整引入CO₂去除装置内的空气量，可以显着降低CO₂去除装置的功耗。

未来，研究小组将继续研究将该系统进一步小型化，以期在载人航天器中安装。这一成果不仅有望应用于太空探索中的CO₂分离和去除，而且有望成为实现从地球大气和办公楼内空气中直接捕获二氧化碳（DAC）的基础技术。

(注1)载人加压漫游车

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）正在研究的漫游车，满足宇航员登上月球并在月球上生活，同时探索月球等天体表面约一个月。它将能够在更广泛的范围内（包括无人时期）对月球表面的地质和资源进行调查，并将在旨在可持续月球探索的阿耳忒弥斯项目中发挥非常重要的作用。

(注2)含胺凝胶颗粒膜

通过将含有与CO₂反应的胺的凝胶颗粒喷涂到多孔性支撑膜上而制成的高性能的CO₂选择渗透膜（图1）。据报道，对于模拟空气的含有400ppm CO₂的气体，CO₂的渗透选择性比氮气高2,380倍（渗透通量1,270GPU）。

(注3)减压蒸汽吹扫式膜分离设备

通过使湿度调整后的含CO₂气体流经CO₂分离膜，并降低渗透侧的压力并供给蒸汽来分离并浓缩CO₂的装置。通过自动控制流向渗透侧的减压蒸汽的供给量和相对湿度，可以将浓度为13%的CO₂在一个月内浓缩至97%以上。

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月球表面探测船上用于分离和去除CO2的膜分离设备