تولید اکسیژن در فضا با روش فتوسنتز مصنوعی

زمانی که به اکتشاف فضایی فکر می‌کنید، این سوال در ذهن هر فردی ممکن است وجود داشته باشد که چگونه نفس خواهیم کشید؟

به گزارش تکناک، نیاز مبرم به صرفه جویی در فضا و سوخت، در میزان اکسیژنی که فضانوردان می توانند با خود حمل کنند محدودیت اعمال می کند. علاوه بر این، وسعت فضا و زمان طولانی ماموریت دو ساله برای یک سفر یک طرفه به مریخ، پر کردن مکرر اکسیژن و سایر منابع را امکان پذیر نمی کند.

بیشتر اکسیژن موجود در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) از طریق الکترولیز به دست می‌آید. این روش یک فرآیند شیمیایی است که از الکتریسیته برای تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کند. یک سیستم جداگانه دی اکسید کربن متصاعد شده را به آب و متان تبدیل می کند.

با این حال، این روش 1.5 کیلووات از ذخیره انرژی 4.6 کیلووات را مصرف می کند، که حدود یک سوم کل انرژی مورد نیاز برای اجرای سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی حیات (ECLSS) که مسئول تامین آب و هوای پاک برای خدمه و حیوانات آزمایشگاهی است.

نور برای نجات

مطالعه ای که در مجله علمی Nature Communications منتشر شده است، قابلیت جایگزینی سیستم های تولید اکسیژن و سوخت موجود با دستگاه های فوتوالکتروشیمیایی (PEC) فتوسنتز مصنوعی را ارزیابی می کند.

فتوسنتز مصنوعی شبیه فتوسنتز در گیاهان است و آب را به عنوان ورودی می گیرد و شامل جداسازی نور مورد استفاده و تولید مواد شیمیایی است. این روش نه تنها وزن و حجم سیستم را به شدت کاهش می دهد، بلکه از نظر کارایی نیز سود قابل توجهی را به همراه خواهد داشت.

در حالی که گیاهان برای جذب نور به کلروفیل متکی هستند، دستگاه پیشنهادی در عوض از مواد نیمه هادی پوشیده شده با کاتالیزورهای فلزی استفاده می کند که از واکنش شیمیایی مورد نظر پشتیبانی می کنند.

علاوه بر این، این مطالعه چارچوبی را ایجاد می کند که قادر به پیش بینی عملکرد این دستگاه های PEC در ماه و مریخ است.

در مقاله‌ای در The Conversation، کاترینا برینکرت، استادیار کاتالیزور در دانشگاه وارویک، بریتانیا، و محقق اصلی این مطالعه، تأیید کرد که این دستگاه‌های فوتوالکتروشیمیایی فتوسنتز مصنوعی می‌توانند با فناوری‌های پشتیبانی از حیات فعلی، مانند مجموعه ژنراتور اکسیژن ISS تقویت شوند.

توانایی کار در دمای معمولی، مزیت این دستگاه‌های فتوسنتز مصنوعی را نسبت به روش‌های جایگزینی مانند تولید اکسیژن از سنگلیت که دانشمندان ناسا با استفاده از دماهای بالا آزمایش کردند بهبود می بخشد.

با این حال، همه عوامل به نفع رویکرد PEC نیستند. مریخ که از خورشید دورتر از زمین است، نور کمتری دریافت می کند که منبعی مرکزی برای واکنش های فوتوالکتروشیمیایی است.

این مطالعه بر اهمیت آینه های خورشیدی برای مبارزه با این کاهش شدت نور تأکید می کند.

برگی از کتاب طبیعت

رویاهای اکتشاف فضایی ما به توانایی ما در توسعه فناوری های سبز مانند دستگاه PEC فتوسنتز مصنوعی بستگی دارد که می تواند به ایجاد جو مصنوعی در فضا و همچنین دستیابی به اهداف اقتصاد انرژی ما در زمین کمک کند.

اگرچه این مطالعه دوام دستگاه‌های PEC، کارایی آن‌ها در ریزگرانش و مقیاس‌پذیری نظری را نشان می‌دهد، باید دید که آنها چقدر به عمل تبدیل می‌شوند.

تحقیقات بیشتر می تواند نشان دهد که فتوسنتز مصنوعی به یک چرخ دنده کلیدی در تلاش ما برای تولید مواد شیمیایی غنی از انرژی با قابلیت ذخیره سازی آسان و حمل آسان تبدیل می شود.