Кисень та паливо для «марсіан» запропонували отримувати з місцевого повітря

Міжнародна група дослідників запропонувала використати фотоелектрохімічні осередки для забезпечення позаземних колоній людства киснем та паливом.

У довгострокових космічних місій проблеми такі самі, як у «зеленої» енергетики на Землі: їм потрібні надійні, стабільні та ефективні системи перетворення і зберігання сонячної енергії. На МКС приблизно третина енергії, що виробляється за рахунок сонячних панелей, витрачається на виробництво кисню, причому всі системи давно застаріли і нерідко виходять з ладу. Якщо людство планує розпочати колонізацію Сонячної системи, знадобляться більш компактні та надійні системи для забезпечення життєдіяльності майбутніх колоністів.

Один із розглянутих варіантів — фотоелектрохімічні осередки , здатні перетворювати світлову енергію на електрику та паливо. Причому в умовах невагомості вони можуть бути не менш ефективними, ніж на Землі. Компактна монолітна конструкція та відносно простий пристрій дозволять не тільки легко перевозити осередки за допомогою космічних кораблів, але й виробляти їх у колоніях.

Міжнародна група дослідників із Німеччини, Швейцарії та Великобританії провела розрахунки для оцінки ефективності фотоелектрохімічних пристроїв в умовах Місяця та Марса. Вчені уточнили спектр марсіанського сонячного випромінювання, встановили межі ефективності пристроїв для електролізу води та зв’язування вуглекислого газу, що працюють на сонячній енергії, а також оцінили технологічну життєздатність фотоелектрохімічних пристроїв у космосі.

Відповідно до результатів роботи, опублікованої в журналі Nature Communications , у поєднанні з сонячними концентраторами і самоочищаються панелями, що перешкоджають їх забруднення пилом, фотоелектрохімічні осередки зможуть забезпечити марсіанську колонію паливом. Для цього вони будуть використовувати водень, отриманий під час розкладання води (з марсіанського льоду) електролізом та вуглекислий газ із атмосфери Червоної планети. Потім обидва ці компоненти реакції Сабатьє дозволять синтезувати метан. А ось для роботи в умовах місячної колонії навіть концентратори не потрібні, і вода з місячного льоду стане джерелом кисню для людей, які живуть на супутнику Землі.

Метою подальших досліджень має стати вдосконалення сонячних концентраторів для покращення вихідної потужності або самих фотоелектрохімічних осередків для забезпечення їхньої роботи в умовах низького струму. Крім застосування в космонавтиці, такі пристрої можуть стати корисними на Землі, забезпечуючи енергією віддалені поселення, наприклад полярні станції.

Слід зазначити, що забезпечення киснем та метаном за рахунок фотоелектрохімічних осередків має кілька слабких місць. По-перше, 50 відсотків усього часу такі осередки не працюватимуть через ніч. Значить, маса і самих осередків, і систем синтезу метану має бути вдвічі вищою, ніж як джерело електрики для хімічних реакцій колоністи використовували ядерний реактор.

По-друге, фотоелектрохімічні осередки на Марсі навіть удень можна раціонально застосовувати лише у низьких широтах. Вже в помірних широтах узимку вони дадуть у кілька разів менше енергії, ніж улітку, що значно обмежить середньорічну продуктивність таких систем за киснем та метаном.