Wykorzystanie energii słonecznej do produkcji paliwa rakietowego i tlenu

Wszyscy z nas marzą o dalekich lotach w kosmos, wielkich stacjach kosmicznych poza orbitą Ziemi oraz eksploracji sąsiednich układów planetarnych. O ile lot na Księżyc i Marsa można przeprowadzić z wykorzystaniem dostępnej dziś technologii, tak większe przedsięwzięcia wymagają uporania się z całkiem sporą ilość technologicznych problemów, których rozwikłanie zdecydowanie ułatwiłoby nam załogową eksplorację przestrzeni kosmicznej.

Paliwo i tlen. O ile paliwo rakietowe możemy wytworzyć z lodu (ciekły wodór + ciekły tlen) znajdującego się na powierzchni Księżyca, czy też przy użyciu Reakcji Sabatiera z bogatej w CO2 marsjańskiej atmosfery (ciekły metan + ciekły tlen), tak w przestrzeni kosmicznej trudno o produkcję paliwa rakietowego. Rozwiązaniem są oczywiście pewnego rodzaju tankowce, które startując z Ziemi mogłyby dostarczać paliwo na niską orbitę okołoziemską, a następnie wracać na powierzchnię naszej planety. 

SpaceX planuje wykorzystać tankowce w budowanym systemie BFR, który to ma doprowadzić do kolonizacji Czerwonej Planety. Oczekujące na orbicie statki kolonizacyjne tankowane będą za pomocą przybywających z Ziemi pojazdów. Co jeśli cel znajduje się znacznie dalej poza orbitą okołoziemską?

Naukowcy pracują od pewnego czas nad “sztuczną fotosyntezą”, która mogłaby rozwiązać problem produkcji paliwa oraz tlenu w przestrzeni kosmicznej. System ten miałby w pewnym sensie naśladować sposób, w jaki rośliny przeprowadzają naturalną fotosyntezę, przekształcając energię świetlną w energię chemiczną i wytwarzając tlen w tym procesie.

Przeprowadzone wyniki ostatnich badań zostały opublikowane w Nature Communications. Naukowcy informują, że po raz pierwszy udało im się przeprowadzić eksperymenty fotoelektrochemiczne - reakcje chemiczne wykorzystujące światło i właściwości elektryczne chemikaliów - w środowisku mikrograwitacyjnym przypominającym przestrzeń kosmiczną.

W ramach badań naukowcy opracowali eksperyment mający na celu wywołanie lekkich, produkujących paliwo reakcji chemicznych w warunkach mikrograwitacji symulowanych w zbudowanej z myślą o takich eksperymentach wieży w Bremie. Zrzucone z samego szczytu wieży eksperymenty doświadczają około 9,3 sekundy mikrograwitacji zanim spadną na ziemię.

Naukowcy nie byli pewni powodzenia eksperymentu, ponieważ przeprowadzenie doświadczenia elektrochemicznego w tak krótkim czasie jest bardzo trudnym zadaniem. Na szczęście badania zakończyły się sukcesem i eksperyment doprowadził do wyprodukowania gazowego wodoru z wodnego roztworu kwasu w warunkach mikrograwitacji.

Badacze podkreślają, że potrzeba więcej pracy, aby można było ich rozwiązanie zastosować w praktyce. W dłuższej perspektywie planują współpracę z inżynierami w celu zaprojektowania urządzenia, które działa w mikrograwitacji i może wykorzystywać światło słoneczne zarówno do pozyskiwania tlenu z wody, jak i do produkcji gazowego wodoru jako magazynowanego, odnawialnego paliwa. Mają również nadzieję na zacieśnienie współpracy między badaczami zajmującymi się paliwami słonecznymi.