Cheia colonizării spațiului ar putea fi fotosinteza artificială

Viața pe Pământ își datorează existența fotosintezei, un proces vechi de 2,3 miliarde de ani. Această reacție extrem de fascinantă (și încă neînțeleasă pe deplin) le permite plantelor și altor organisme să recolteze lumina Soarelui, apă și dioxid de carbon, transformându-le în oxigen și energie sub formă de zahăr. Iar fotosinteza artificială ar putea fi cheia colonizării spațiului.

Fotosinteza este o parte atât de importantă a funcționării Pământului încât pare de la sine înțeleasă. Dar pe măsură ce ne uităm dincolo de propria planetă către locuri de explorat și de colonizat, este evident cât de rar și de valoros este procesul.

• De ce uneori zăpada pare albastră?
• O gaură neagră masivă din Universul timpuriu, surprinsă în timp ce trage „un pui de somn”

După cum au scris Katharina Brinkert, de la Universitatea din Warwick (Anglia), și colegii ei într-o nouă lucrare, publicată în Nature Communications, progresele recente în realizarea fotosintezei artificiale ar putea fi esențiale pentru supraviețuirea și prosperarea departe de Pământ.

Care este cheia colonizării spațiului?

Nevoia umană de oxigen face călătoriile în spațiu complicate. Constrângerile de combustibil limitează cantitatea de oxigen care poate fi transportată, mai ales dacă dorim să facem călătorii pe distanțe lungi către Lună și Marte.

O călătorie dus-întors pe Marte durează de obicei în jur de doi ani, ceea ce înseamnă că nu putem trimite cu ușurință provizii de resurse de pe Pământ, scrie cercetătoarea pentru Science Alert.

Există deja modalități de a produce oxigen prin reciclarea dioxidului de carbon, metodă utilizată pe Stația Spațială Internațională. Majoritatea oxigenului din ISS provine dintr-un proces numit „electroliză”, care folosește electricitatea de la panourile solare ale stației pentru a descompune apa în hidrogen gazos și oxigen gazos, pe care îl inspiră astronauții.

De asemenea, ISS are un sistem separat care transformă dioxidul de carbon pe care îl expiră astronauții în apă și metan.

Dar aceste tehnologii sunt nesigure, ineficiente, grele și greu de întreținut. Procesul de generare a oxigenului, de exemplu, necesită aproximativ o treime din energia totală necesară pentru a alimenta întregul sistem al ISS care sprijină „controlul mediului și susținerea vieții”.

Este nevoie de opțiuni mai eficiente pentru a produce oxigen

Căutarea sistemelor alternative care pot fi folosite pe Lună și în călătoriile pe Marte este, prin urmare, în curs de desfășurare. O posibilitate este recoltarea de energie solară (care este abundentă în spațiu) pentru a fi utilizată direct pentru producerea de oxigen și pentru reciclarea dioxidului de carbon într-un singur dispozitiv.

Singurul element introdus într-un astfel de dispozitiv ar fi apa, în mod similar procesului de fotosinteză care are loc în natură. Acest lucru ar evita configurațiile complexe în care cele două procese de recoltare ușoară și producție chimică sunt separate, cum se întâmplă pe ISS.

Acest lucru este interesant, deoarece noua metodă ar putea reduce greutatea și volumul sistemului, două criterii care sunt cheia colonizării spațiului. Dar noul dispozitiv ar fi și mai eficient.

Am putea folosi energie termică (căldură) suplimentară eliberată în timpul procesului de captare directă a energiei solare pentru a cataliza (porni) reacțiile chimice, accelerându-le. În plus, cablarea complexă și întreținerea ar putea fi reduse semnificativ, subliniază cercetătoarea.

„Am produs un cadru teoretic pentru a analiza și a prezice performanța unor astfel de dispozitive integrate de ‘fotosinteză artificială’ pentru aplicații pe Lună și Marte”, declară ea.

Cum funcționează noua abordare?

În loc de clorofilă, care este responsabilă pentru absorbția luminii în plante și alge, aceste dispozitive folosesc materiale semiconductoare care pot fi acoperite direct cu catalizatori metalici simpli care susțin reacția chimică dorită.

Analiza oamenilor de știință arată că aceste dispozitive ar fi într-adevăr viabile pentru a completa tehnologiile existente de susținere a vieții, cum ar fi ansamblul generator de oxigen folosit pe ISS. Acest lucru este deosebit de important, mai ales când tehnologiile sunt combinate cu dispozitive care concentrează energia solară pentru a alimenta reacțiile (în esență, oglinzi mari care concentrează lumina Soarelui).

Există și alte abordări. De exemplu, putem produce oxigen direct din solul Lunii (regolit). Dar acest lucru necesită temperaturi ridicate.

„Dispozitivele de fotosinteză artificială, pe de altă parte, ar putea funcționa la temperatura camerei și la presiunile de pe Marte și de pe Lună. Asta înseamnă că ar putea fi folosite direct în habitate și folosind apa ca resursă principală”, scrie Brinkert.

Acest lucru este deosebit de interesant, având în vedere prezența apei cu gheață în craterul lunar Shackleton, care este un loc de aterizare anticipat în viitoarele misiuni selenare.

Cheia colonizării spațiului, ascunsă în regolitul selenar și atmosfera marțiană

Pe Marte, atmosfera este compusă din aproape 96% dioxid de carbon, fiind aparent ideală pentru un dispozitiv de fotosinteză artificială. Dar intensitatea luminii de pe Planeta Roșie este mai slabă decât pe Pământ din cauza distanței mai mari față de Soare.

Ar reprezenta acest lucru o problemă? „De fapt, am calculat intensitatea luminii solare disponibile pe Marte. Am arătat că într-adevăr putem folosi aceste dispozitive acolo, deși oglinzile solare devin și mai importante”, spune cercetătoarea.

Producția eficientă și fiabilă de oxigen și alte substanțe chimice, precum și reciclarea dioxidului de carbon la bordul navelor spațiale și în habitate reprezintă o provocare extraordinară pe care trebuie să o stăpânim pentru misiunile spațiale pe termen lung.

Sistemele de electroliză existente, care funcționează la temperaturi ridicate, necesită o cantitate semnificativă de energie. Iar dispozitivele pentru transformarea dioxidului de carbon în oxigen pe Marte sunt încă la început, fie că se bazează pe fotosinteză sau nu.

Așa că sunt necesari mai mulți ani de cercetări intense pentru a putea perfecționa cheia colonizării spațiului. Copierea fragmentelor esențiale din fotosinteza naturală ne-ar putea oferi câteva avantaje, ajutându-ne să le realizăm artificial într-un viitor nu prea îndepărtat.

Sustenabilitatea, numitorul comun dintre spațiu și Pământ

Avantajele ar fi imense. „De exemplu, am putea crea atmosfere artificiale în spațiu și am putea produce substanțe chimice de care avem nevoie în misiuni pe termen lung, cum ar fi îngrășăminte, polimeri sau produse farmaceutice”, spune Brinkert.

„În plus, cunoștințele pe care le obținem din proiectarea și fabricarea acestor dispozitive ne-ar putea ajuta să facem față nevoilor de energie verde de pe Pământ”, continuă ea.

„Suntem destul de norocoși să avem plante și alge pentru producerea oxigenului. Dar dispozitivele de fotosinteză artificială ar putea fi folosite pentru a produce hidrogen sau combustibili pe bază de carbon (în loc de zaharuri), deschizând o cale verde pentru producerea de substanțe chimice bogate în energie pe care le putem stoca și folosi în transport”, concluzionează cercetătoarea.

Explorarea spațiului și viitoarea economie energetică au un obiectiv pe termen lung foarte asemănător: sustenabilitatea. Dispozitivele de fotosinteză artificială pot deveni cheia colonizării spațiului, dar și a menținerii Pământului.

Vă recomandăm să citiți și:

Muzica stranie auzită de astronauții Apollo 10 pe fața nevăzută a Lunii

Omenirea ar putea intercepta mesaje de la civilizații extraterestre în următorii 100 de ani

Test de cultură generală. Unde este marginea Universului?

Un ciclon polar a fost observat pentru prima dată pe Uranus