تولید اکسیژن از آب؛راهکاری برای ماندن طولانی مدت در فضا

دانشمندان اعلام کردند که با تجزیه آب و تولید اکسیژن و هیدروژن می‌توان به فضاهایی با مسافت طولانی‌تر سفر کرد.

کد خبر: ۲۳۴۴۶۴

تاریخ: ۲۵ تير ۱۳۹۷ - ۱۴:۳۷

به گزارش ایران اکونومیست، آژانس‌های فضایی و شرکت‌های خصوصی تاکنون برنامه‌های پیشرفته‌ای را در زمینه اعزام انسان به مریخ و اسکان در آن طی سال‌های آینده دارند.

براساس گزارش «ساینس آلرت»، با این حال زنده‌ماندن و تحمل انسان‌ها در فضا برای مدت زمانی خاص آسان نیست. با توجه به اینکه اکسیژن کمی در فضا وجود دارد، یکی از چالش‌های اصلی پرواز فضایی در مسافت طولانی، انتقال اکسیژن کافی و تولید سوخت است.

اما اکنون مطالعه جدید منتشر شده نشان می‌دهد؛ احتمال تولید هیدروژن (برای سوخت) و اکسیژن (برای زندگی) از آب با استفاده از یک ماده نیمه هادی و نور خورشید (یا نور ستاره) در منطقه‌ایی که جاذبه زمین صفر است، وجود دارد.

بنابراین بهترین راه برای انجام این کار، تجزیه آب (H2O) به مواد تشکیل‌دهنده‌اش ( هیدروژن و اکسیژن) است.

محققان پیش‌تر چند روش مختلف را برای جداسازی اکسیژن و هیدروژن از آب بر روی زمین توسعه داده بودند که یکی از ساده‌ترین آن‌ها روشی به نام «فوتوکاتالیز» است؛ تکنولووژی‌ای که با استفاده از فوتون‌ها، نیمه‌هادی‌ها و آب برای ایجاد جفت الکترون‌های موردنظر این کار را انجام می‌داد.

هنگامی که این ماده‌، فوتون را جذب می‌کند، یک الکترون آزاد می‌شود. این واکنش، یک پروتون از مولکول آب را بیرون می‌کشد که می‌تواند با الکترون آزاد به هیدروژن تبدیل شود. جای خالی ایجاد شده توسط یک الکترون از آب پُر می‌شود که می‌تواند با پروتون‌ها برای ایجاد اکسیژن ترکیب شود. این واکنش نه چندان پیچیده، می‌تواند هیدروژن مورد نیاز برای سوخت فضاپیماها و اکسیژن مورد نیاز برای تنفس فضانوردان را به صورت همزمان تامین کند.

برای بررسی و اثبات اینکه آیا این تکنولوژی در شرایط میکروگرانشی کار می‌کند یا خیر، دانشمندان سیستم فوتوکاتالیزوری را در شرایط سقوط آزاد قرار دادند. وقتی جسمی در حال سقوط آزاد باشد، شرایطی مشابه با میکروگرانش را تجربه می‌کند. فرآیند فوتوکاتالیز باعث ایجاد حباب‌هایی در نزدیکی ماده‌ی کاتالیزور می‌شود. شرایط روی زمین به گونه‌ای است که این حباب‌ها در سطح ماده شناور می‌شوند، اما در شرایط میکروگرانشی حباب‌ها در نزدیکی کاتالیزور باقی می‌مانند. دانشمندان توانستند در این شرایط ساختارهای نانومقیاس را به ریزساختارهای مواد کاتالیسی تبدیل کنند و اَشکال کوچکی مانند هرم را بر روی سطح ماده ایجاد کنند. این فرآیند باعث می‌شود این حباب‌ها به نوک هرم‌ها حرکت کند و از بین بروند.

نتایج این تحقیق که در مجله‌ی Nature Communication منتشر شد، نشان داد که هنوز این تکنولوژی کامل نیست. اگر چه دانشمندان توانستند حباب‌ها را از کاتالیزور‌ها جدا کنند، اما هنوز حباب‌ها در آب باقی ماندند. این ماده که همچون فوم عمل می‌کند، باعث کاهش کارآیی فرآیند تولید هیدروژن می‌شود.

دانشمندان این پژوهش، در مصاحبه‌ای خبری گفتند: «راه‌حل مهندسی و کلید این مشکل در به‌کارگیری و عملیاتی کردن این فن‌آوری در فضا است. به طور خلاصه راه‌حل این است؛ با استفاده از سانتریفیوژ در فضا می‌توان مولکول‌ها را از یکدیگر جدا کرد.» مشکل کمبود آب برای سفرهای طولانی مدت فضایی مشکلی است که دانشمندان همواره به‌دنبال حل آن بوده‌اند. در شرایط عادی تامین آب برای فضانوردان به منابع خارج از فضا‌پیما وابسته است، اما راه حل وجود دارد.