Niestety, póki co nie odkryliśmy innej planety, którą zamieszkiwałyby organizmy żywe, a zwłaszcza organizmy żywe wykorzystujące proces fotosyntezy. Tymczasem, fotosynteza może być kluczem do kolonizacji planet w Układzie Słonecznym i poza nim. Dlatego naukowcy z całego świata pracują nad różnymi metodami sztucznej fotosyntezy. Pewna grupa badaczy z Europy postanowiła sprawdzić, jakich postępów ci naukowcy dokonują.
Technologia, którą wręcz trzeba zastąpić
Dokonywanie postępów w zakresie eksploracji kosmosu nie jest łatwe między innymi ze względu na ludzkie zapotrzebowanie na tlen. Na pokład kosmicznego statku nie możemy zabrać nieograniczonych zasobów tlenu przez ograniczenia paliwowe, które są tym większe, im o dalszej i dłuższej podróży mowa.
Istnieją już sposoby na produkcję tlenu poprzez recykling dwutlenku węgla, wykorzystywane chociażby na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Większość tlenu dostępnego na ISS pochodzi procesu zwanego elektrolizą. Energię z paneli słonecznych stacji wykorzystuje się do podziału wody na cząsteczkowy wodór i cząsteczkowy tlen, którym oddychają astronauci. ISS posiada również oddzielny system przekształcający dwutlenek węgla wydychany przez astronautów w wodę i metan.
Problemem omówionych rozwiązań jest to, że wymagają zawodnej, nieefektywnej, ciężkiej i trudnej w utrzymaniu aparatury. Proces wytwarzania tlenu na ISS zużywa około jednej trzeciej energii potrzebnej do zasilania systemu podtrzymywania życia na pokładzie stacji. Dlatego trwają poszukiwania alternatywnych sposobów na wytwarzanie tlenu, które można by wykorzystywać na Księżycu lub podczas wypraw na Marsa, w tym sposobów polegających na wytwarzaniu tlenu przy użyciu dwutlenku węgla i światła słonecznego.
Jedyne, co trzeba by dostarczać urządzeniom wytwarzającym tlen na drodze fotosyntezy, to woda. To pozwoliłoby ominąć konieczność stosowania złożonych konfiguracji, w których procesy pozyskiwania światła i produkcji chemicznej byłyby rozdzielone, tak jak na ISS. Systemy wykorzystujące fotosyntezę byłyby zatem mniejsze i lżejsze od dotychczasowej aparatury, a jednocześnie wydajniejsze. Energia cieplna uwalniana podczas procesu wychwytywania energii słonecznej mogłaby być nawet wykorzystywana bezpośrednio do katalizowania reakcji chemicznych i tym samym ich przyspieszania.
Fotosynteza kluczem do sukcesu w kosmosie
Autorzy nowej pracy z czasopisma Nature Communications stworzyli teoretyczne ramy do analizy i przewidywania, jak wydajne opracowane dotychczas urządzenia przeprowadzające sztuczną fotosyntezę byłyby na Księżycu i Marsie. Ich analiza pokazała, że urządzenia te dobrze sprawdziłyby się jako uzupełnienie wykorzystywanych w tej chwili technologii podtrzymywania życia. Warto wspomnieć, że zamiast chlorofilu wykorzystują one materiały półprzewodnikowe, które można bezpośrednio pokryć prostymi katalizatorami metalicznymi wspomagającymi pożądaną reakcję chemiczną.
Istnieją także inne podejścia które brzmią sensownie – na przykład produkowania tlenu bezpośrednio z księżycowego regolitu. Te metody wymagałyby jednak stosowania bardzo wysokich temperatur, podczas gdy urządzenia do sztucznej fotosyntezy mogą działać w temperaturze pokojowej przy ciśnieniu panującym na Księżycu i Marsie.
Ale czy warunki panujące na Marsie i Księżycu pozwalałyby na przeprowadzanie sztucznej fotosyntezy? Przewiduje się, że woda występuje na Księżycu w okołobiegunowych kraterach – wystarczyłoby ją pozyskać i rozmrozić. Na Marsie ta również istnieje, zwłaszcza na biegunach. Jeśli zaś chodzi o dwutlenek węgla, to atmosfera Marsa składa się z niego w 96 procentach. Do powierzchni tej planety dociera mniej światła słonecznego niż do Ziemi, ale wciąż wystarczająco dla fotosyntezy, zwłaszcza jeśli zastosowane zostaną lustra słoneczne.
Jeszcze nie czas
Niestety, urządzenia wykorzystujące sztuczną fotosyntezę nie są jeszcze gotowe do wykorzystania w kosmosie. Potrzeba kilku lat intensywnych badań, aby to zmienić. Jeśli by się to udało, zyski byłyby ogromne.
Sztuczna fotosynteza ma szansę umożliwić nam tworzenie sztucznej atmosfery w kosmosie i produkowanie związków chemicznych, które są niezbędne podczas realizacji długoterminowych kosmicznych misji. Dzięki niej w kosmosie moglibyśmy wytwarzać nawet nawozy, polimery i farmaceutyki.
Źródło: The Conversation, fot. tyt. Unsplash/Stefan Steinbauer