Space Colonies: Artificial Photosynthesis May Be Key To Sustained Life Beyond Earth

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

Space Colonies: Artificial Photosynthesis May Be Key to Sustained Life Beyond Earth PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

החיים על פני כדור הארץ חייבים את קיומם לפוטוסינתזה - תהליך שגילו 2.3 מיליארד שנים. התגובה המרתקת להפליא (ועדיין לא מובנת עד הסוף) מאפשרת לצמחים ואורגניזמים אחרים לקצור אור שמש, מים ופחמן דו חמצני תוך המרתם לחמצן ואנרגיה בצורה של סוכר.

פוטוסינתזה היא חלק כל כך אינטגרלי מתפקוד כדור הארץ שאנחנו די לוקחים את זה כמובן מאליו. אבל כשאנחנו מסתכלים מעבר לכוכב שלנו אחר מקומות לחקור ולהתיישב בהם, ברור עד כמה התהליך נדיר ובעל ערך.

כפי שעמיתיי ואני חקרנו במאמר חדש, פורסם ב תקשורת טבע, ההתקדמות האחרונה בתחום פוטוסינתזה מלאכותית עשוי בהחלט להיות המפתח לשרוד ולשגשוג הרחק מכדור הארץ.

הצורך האנושי בחמצן הופך את המסע בחלל לבעייתי. אילוצי דלק מגבילים את כמות החמצן שאנו יכולים לשאת איתנו, במיוחד אם אנו רוצים לצאת לנסיעות ארוכות לירח ולמאדים. טיול בכיוון אחד למאדים נמשך בדרך כלל סדר גודל של שנתיים, כלומר לא נוכל לשלוח בקלות אספקה של משאבים מכדור הארץ.

יש כבר דרכים לייצר חמצן על ידי מיחזור פחמן דו חמצני בתחנת החלל הבינלאומית. רוב החמצן של ה-ISS מגיע מתהליך שנקרא "אלקטרוליזה", המשתמש בחשמל מהפאנלים הסולאריים של התחנה כדי לפצל מים לתוך גז מימן וגז חמצן, שאסטרונאוטים נושמים פנימה. יש לו גם מערכת נפרדת הממירה את הפחמן הדו חמצני שהאסטרונאוטים נושמים החוצה למים ולמתאן.

אבל הטכנולוגיות הללו אינן אמינות, לא יעילות, כבדות וקשות לתחזוקה. תהליך יצירת החמצן, למשל, דורש כשליש מסך האנרגיה הדרושה להפעלת כל המערכת של ה-ISS עבור "בקרת סביבה ותמיכה בחיים."

דרכים קדימה

החיפוש אחר מערכות חלופיות שניתן להשתמש בהן על הירח ובטיולים למאדים נמשך אפוא. אפשרות אחת היא לקצור אנרגיית שמש (שיש בשפע בחלל) ולהשתמש בה ישירות לייצור חמצן ומיחזור פחמן דו חמצני במכשיר אחד בלבד.

הקלט הנוסף היחיד במכשיר כזה יהיה מים - בדומה לפוטוסינתזה בטבע. זה יעקוף מערכים מורכבים שבהם שני התהליכים של קציר אור וייצור כימי מופרדים, כמו ב-ISS.

זה מעניין מכיוון שהוא יכול להפחית את המשקל והנפח של המערכת - שני קריטריונים מרכזיים לחקר החלל. אבל זה גם יהיה יעיל יותר.

נוכל להשתמש באנרגיה תרמית (חום) נוספת המשתחררת תוך כדי לכידת אנרגיית שמש ישירות לזרז (הצתה) של התגובות הכימיות - ובכך להאיץ אותן. יתר על כן, ניתן להפחית באופן משמעותי חיווט ותחזוקה מורכבים.

הפקנו א מסגרת תיאורטית לנתח ולחזות את הביצועים של מכשירים משולבים מסוג "פוטוסינתזה מלאכותית" עבור יישומים על הירח ומאדים.

במקום כלורופיל, שאחראי על ספיגת האור בצמחים ובאצות, מכשירים אלו משתמשים בחומרים מוליכים למחצה שניתן לצפותם ישירות בזרזים מתכתיים פשוטים התומכים בתגובה הכימית הרצויה.

הניתוח שלנו מראה שהמכשירים הללו אכן יוכלו להשלים טכנולוגיות קיימות לתמיכת חיים, כמו מכלול מחולל החמצן המופעל ב-ISS. זה במיוחד המקרה בשילוב עם מכשירים המרכזים אנרגיית שמש כדי להפעיל את התגובות (מראות גדולות בעיקרן הממקדות את אור השמש הנכנס).

יש גם גישות אחרות. למשל, אנחנו יכולים לייצר חמצן ישירות מאדמת הירח (רגולית). אבל זה דורש טמפרטורות גבוהות כדי לעבוד.

מכשירי פוטוסינתזה מלאכותית, לעומת זאת, יכולים לפעול בטמפרטורת החדר בלחצים שנמצאים על מאדים ועל הירח. זה אומר שניתן להשתמש בהם ישירות בבתי גידול ולהשתמש במים כמשאב העיקרי.

זה מעניין במיוחד בהתחשב בנוכחות הפוטנציאלית של קרח מים באזור מכתש שקלטון, שהוא אתר נחיתה צפוי במשימות ירח עתידיות.

במאדים, האטמוספירה מורכבת מכמעט 96 אחוז פחמן דו חמצני - לכאורה אידיאלי עבור מכשיר פוטוסינתזה מלאכותי. אבל עוצמת האור בכוכב הלכת האדום חלשה יותר מאשר בכדור הארץ בגלל המרחק הגדול יותר מהשמש.

אז האם זה יהווה בעיה? למעשה חישבנו את עוצמת אור השמש הזמינה על מאדים. הראינו שאכן אנחנו יכולים להשתמש במכשירים האלה שם, למרות שמראות סולאריות הופכות חשובות עוד יותר.

הייצור היעיל והאמין של חמצן וכימיקלים אחרים כמו גם מיחזור פחמן דו חמצני על גבי חלליות ובבתי גידול הוא אתגר אדיר שאנו צריכים לשלוט בו למשימות חלל ארוכות טווח.

מערכות אלקטרוליזה קיימות, הפועלות בטמפרטורות גבוהות, דורשות כמות משמעותית של אנרגיה. ומכשירים עבור המרת פחמן דו חמצני לחמצן על מאדים נמצאים עדיין בחיתולים, בין אם הם מבוססים על פוטוסינתזה או לא.

לכן, יש צורך בכמה שנים של מחקר אינטנסיבי כדי להיות מסוגל להשתמש בטכנולוגיה זו בחלל. העתקת החלקים החיוניים מהפוטוסינתזה בטבע יכולה לתת לנו כמה יתרונות ולעזור לנו לממש אותם בעתיד הלא רחוק.

השתמש בחלל ובכדור הארץ

התשואות יהיו עצומות. לדוגמה, נוכל ליצור אטמוספרות מלאכותיות בחלל ולייצר כימיקלים שאנו צריכים במשימות ארוכות טווח, כגון דשנים, פולימרים או תרופות.

בנוסף, התובנות שאנו משיגים מתכנון וייצור מכשירים אלו יוכלו לעזור לנו לעמוד באתגר האנרגיה הירוקה על פני כדור הארץ.

התמזל מזלנו שיש לנו צמחים ואצות לייצור חמצן. אבל מכשירי פוטוסינתזה מלאכותיים יכולים לשמש לייצור דלקים מבוססי מימן או פחמן (במקום סוכרים), ולפתוח דרך ירוקה יותר לייצר את הכימיקלים העשירים באנרגיה שאנו מאחסנים ומשתמשים בהובלה.

לחקר החלל ולכלכלת האנרגיה העתידית שלנו יש מטרה ארוכת טווח דומה מאוד: קיימות. מכשירי פוטוסינתזה מלאכותית עשויים בהחלט להפוך לחלק מרכזי במימושו.

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

תמונת אשראי: נאס"א/Clouds AO/SEarch