Кремний

В современном мире кремний, использующийся при производстве любой электроники, является, пожалуй, третьим по важности после стали и алюминия. На Марсе он имеет даже бо?льшую ценность, поскольку с его помощью можно сделать фотоэлектрические панели и тем самым постоянно увеличивать энергетический запас своего поселка (при условии, что у вас есть простак, готовый регулярно протирать их от пыли). Сырье для производства кремния — диоксид кремния, SiO₂ — составляет примерно 40 % поверхности Марса по весу. Чтобы получить кремний, нужно смешать его диоксид с углем и нагреть в электрической печи. В результате реакции «карботермического восстановления», получим чистый кремний и угарный газ.

Опять же, уголь можно получить с помощью пиролизации метана, который вы синтезируете с помощью топливного реактора. Реакция получения кремния поглощает много тепла — хотя и не так много, как реакция синтеза алюминия. Да и общее количество поглощенной в этих процессах энергии невозможно сравнить, ибо в алюминии вы нуждаетесь гораздо меньше.

Для некоторых целей кремниевый продукт реакции карботермического восстановления недостаточно хорош. Например, его можно использовать для создания карбида кремния — крепкого жаропрочного материала (используется в экранах для защиты посадочных аппаратов при их входе в атмосферу). Тем не менее любые остатки гематита в реакторе также будут восстановлены и придадут продукту легкий железный привкус. Чтобы получить очень чистый кремний, пригодный для производства компьютерных чипов и солнечных панелей, нужен еще один шаг: купание грязного кремния в горячем водородном газе, в результате чего кремний превратится в кремневодород (SiH₄). При комнатной температуре и выше он имеет форму газа, поэтому его можно легко отделить от гидридов твердых металлов. Затем, если вам нужен самый чистый кремний, нужно отвести газообразный кремневодород с помощью трубы в другой реактор, где и расщепить его при высокой температуре на чистый кремний и водород. Затем можно к кремнию прибавить фосфор или другую примесь и получить полупроводник именно того качества, которое вам нужно.

Интересный исторический факт: столетие тому назад несколько шарлатанов, нанятых НАСА для продажи его лунной программы Конгрессу США, выполнили это задание. Они утверждали, что на Луне можно производить огромное количество кремния и фотоэлектрических панелей, а затем отправлять энергию на Землю для потребителей. В этой идее было много существенных изъянов. Не последний из них заключается в том, что солнечную энергию с тем же успехом, но с гораздо меньшими затратами, можно аккумулировать в пустынях Земли. Да и помимо этого всем должно было быть ясно: хотя диоксид кремния на Луне и широко распространен, там нет угля и водорода, столь необходимых для превращения сырья в кремниевый полупроводник. Да, можно (и нужно) построить систему повторного использования этих реагентов, но на самом деле такие устройства всегда неидеальны, требуют больших вливаний водорода и угля. Если сложить эти факты с тем, что на Луне нет песочного кремния для использования в качестве сырья, становится очевидно: спутник Земли — худшее место для постройки солнечных панелей.

Но НАСА все еще не оставляет надежды.