تنفس فضانوردان در مریخ با فتوسنتز مصنوعی

به گزارش گروه دانش و فناوری، «چگونه نفس بکشیم؟» زمانی که به اکتشاف فضایی فکر می‌کنیم، این سوالی است که در ذهن هر فردی متبادر می‌شود.

نیاز به صرفه‌جویی در فضا و سوخت، یک محدودیت در میزان اکسیژنی است که فضانوردان می‌توانند با خود به فضا ببرند و این کمبودی است که با توجه به وسعت فضا و زمان پرواز دو ساله برای یک سفر یک طرفه به مریخ، چالش برانگیز است.

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

با این حال، این روش ۱.۵ کیلووات انرژی مصرف می‌کند که حدود یک سوم از کل انرژی مورد نیاز برای اجرای سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی حیات در ایستگاه فضایی است که مسئول تامین آب و هوای پاک برای خدمه و حیوانات آزمایشگاهی حاضر در این ایستگاه است.

نور ناجی

اکنون مطالعه‌ای که در مجله علمی معتبر Nature Communications منتشر شده است، قابلیت جایگزینی سیستم‌های تولید اکسیژن و سوخت موجود با دستگاه‌های فوتوالکتروشیمیایی(PEC) را ارزیابی می‌کند.

این فرآیند شبیه به فتوسنتز در گیاهان است و آب را به عنوان ورودی می‌گیرد و شامل جداسازی برداشت نور و تولید مواد شیمیایی است.

این راهکار نه تنها وزن و حجم سیستم را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه از نظر کارایی نیز سود قابل توجهی را به همراه خواهد داشت.

در حالی که گیاهان برای جذب نور به کلروفیل متکی هستند، این دستگاه پیشنهادی در عوض از مواد نیمه‌رسانا پوشیده شده با کاتالیزورهای فلزی استفاده می‌کند که از واکنش شیمیایی مورد نظر پشتیبانی می‌کنند.

علاوه بر این، این مطالعه، چارچوبی را ایجاد می‌کند که قادر به پیش‌بینی عملکرد این دستگاه‌های PEC در کره ماه و مریخ است.

کاترینا برینکرت، استادیار کاتالیزور شناسی در دانشگاه وارویک بریتانیا و پژوهشگر اصلی این مطالعه تأیید کرد که این دستگاه‌های فوتوالکتروشیمیایی می‌توانند با فناوری‌های پشتیبانی از حیات فعلی، مانند مجموعه مولد اکسیژن حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی سازگار شوند.

توانایی کار در دمای اتاق، این دستگاه‌های فتوسنتز مصنوعی را با روش‌های جایگزینی مانند تولید اکسیژن از رکولیت –خاک ماه- که دانشمندان ناسا آن را با استفاده از دماهای بالا آزمایش کردند، کنار می‌گذارد.

با این حال، همه عوامل به نفع رویکرد PEC نیست. مریخ که نسبت به زمین از خورشید دورتر است، نور کمتری دریافت می‌کند، در حالی که نور، منبع اصلی برای واکنش‌های فوتوالکتروشیمیایی است.

بنابراین این مطالعه بر اهمیت آینه‌های خورشیدی برای مبارزه با این کاهش شدت نور تأکید می‌کند.

برگی از کتاب طبیعت

رویاهای اکتشاف فضایی ما به توانایی‌مان در توسعه فناوری‌های سبز مانند دستگاه PEC بستگی دارد که می‌تواند به ایجاد جو مصنوعی در فضا و همچنین دستیابی به اهداف اقتصادی انرژی در زمین کمک کند.

اگرچه این مطالعه دوام دستگاه‌های PEC، کارایی آنها در شرایط ریزگرانش و مقیاس‌پذیری نظری آنها را نشان می‌دهد، اما باید دید که آنها در عمل چقدر کارایی دارند.

تحقیقات بیشتر می‌تواند نشان دهد که فتوسنتز مصنوعی به یک چرخ دنده کلیدی در تلاش ما برای تولید مواد شیمیایی غنی از انرژی با قابلیت ذخیره‌سازی و حمل آسان تبدیل می‌شود.

جالب توجه است که نسخه ترجمه نشده این مقاله به زبان انگلیسی توسط یک انسان و با کمک ابزارهای هوش مصنوعی مولد نوشته و ویرایش شده است.

انتهای پیام