Попри те, що в космосі є кисень, основна його частина існує не в тій формі, який ми звикли дихати — молекулярним киснем, або O2. Фахівці Каліфорнійського технологічного інституту (Калтех) заявляють, що створили реактор, який дозволяє переробляти діоксид вуглецю в молекулярний кисень, що в перспективі може не тільки допомогти в боротьбі з кліматичними змінами на Землі, але ще й налагодити виробництва кисню в космосі. Про це повідомляє стаття, опублікована журналом Nature Communications.
Як виробляти кисень в космосі?
Дефіцит кисню є одна з найголовніших перешкод в освоєнні далекого космосу. Земля – це єдине місце, де обсяги цього газу достатні для виживання людства, але необхідність брати з собою великі запаси цього важливого для життя елемента в далекі космічні польоти буде дуже витратним і непосильним завданням. Наприклад, на тій же Міжнародній космічній станції запасу кисню заповнюються за рахунок електролізу води (розкладання її на водень і кисень). Цим на МКС займається система «Електрон», що витрачає 1 кг води на людину в добу. Запаси кисню також час від часу поповнюються в ході вантажних місій до орбітальної станції. Є думка, що коли почнеться тераформування Марса, електроліз стане одним зі способів добування кисню для марсіанських колоністів, однак таких технологій у людства поки немає, тому думати про це рано.
Тому вчені з Калтеха вирішили знайти в рамках свого дослідження інший метод виробництва кисню. В результаті вони прийшли до створення реактора, який, якщо говорити простими словами, бере і видаляє з формули «CO2» (діоксиду вуглецю) «С» (вуглець), залишаючи тільки кисень. Дослідники виявили, що якщо розганяти і вдаряти молекули діоксиду вуглецю об інертні поверхні, такі як золота фольга, то їх можна розщепити на молекулярний кисень і атомарний вуглець.
Вчені говорять, що їх реактор працює за принципом прискорювача частинок. Спершу молекули CO2 в ньому іонізуються, а потім прискорюються за допомогою електромагнітного поля, після чого стикаються з золотою поверхню. У поточній формі установка володіє досить низьким ККД: на кожних 100 молекул CO2 вона здатна виробляти близько одної-двох молекул молекулярного кисню. Однак дослідники звертають увагу на те, що їх реактор довів, що даний концепт виробництва кисню дійсно можливий і в майбутньому може стати масштабованим.
Дослідники пояснюють, що подібна реакція виробництва кисню в космосі може відбуватися і природним чином. Розробка концепту почалася зі спроби пояснити несподіване відкриття молекулярного кисню на кометах. Після того, як космічний апарат «Розетта» виявив газ, що виривається з поверхні комети 67P/Чурюмова — Герасименко, вчені спочатку припустили, що цей кисень перебував у ній у замороженому стані мільярди років, фактично з часів формування Сонячної системи, тобто протягом приблизно 4,6 мільярда років. Але ця гіпотеза залишалася досі вельми спірною, оскільки такий «заморожений» молекулярний кисень повинен був володіти досить високим хімічним потенціалом і вступати у взаємодії з іншими компонентами речовини комети, згідно з думкою ряду вчених.
Однак у 2017 році команда Калтеха запропонувала інше пояснення. Професор Каліфорнійського технологічного інституту і фахівець з молекулярного інжинірингу Константінос Гіапіс звернув увагу на хімічні реакції, що протікають на поверхні комети 67P/Чурюмова — Герасименко, оскільки вони здалися йому досить схожими на ті реакції, які він вивчав у лабораторії протягом понад 20 років. Вчений припустив, що добре вивчений ним механізм, який складається з того, що атомарний кисень речовини комети перетворюється в молекулярний кисень під дією молекул, які бомбардують поверхню води, що також містять один атом кисню, добре застосуємо у сфері астрофізики для пояснення даних, отриманих вченими місії «Розетта». Це і надихнуло науковців на розробку реактора.
Навіщо виробляти кисень в космосі?
В майбутньому реактор може використовуватися для виробництва кисню для астронавтів, які будуть літати на Місяць, Марс і за їх межі. На Землі подібна установка з урахуванням масштабів теж може виявитися вельми корисною, адже вона зможе знижувати концентрації діоксиду вуглецю в атмосфері і переробляти їх в кисень, тим самим допомагаючи в боротьбі з глобальними кліматичними змінами. Проте вчені відзначають, що для практичної фази їх установка поки не готова.
«Готовий цей пристрій? Ні. Може цей пристрій вирішити питання з Марсом? Ні. Однак цей пристрій доводить один раніше запропонований концепт, який здавався неможливим», — прокоментував Константінос Гиіапіс, голова дослідницького проекту.