Міжнародна група дослідників запропонувала використовувати фотоелектрохімічні осередки для забезпечення позаземних колоній людства киснем і паливом.
У довгострокових космічних місій проблеми точно такі ж, як у “зеленої” енергетики на Землі: їм потрібні надійні, стабільні та ефективні системи перетворення і зберігання сонячної енергії. На МКС приблизно третина вироблюваної енергії завдяки сонячним панелям витрачається на виробництво кисню, причому всі системи давно застаріли і нерідко виходять з ладу. Якщо людство планує почати колонізацію Сонячної системи, будуть потрібні більш компактні і надійні системи для забезпечення життєдіяльності майбутніх колоністів.
Один з розглянутих варіантів – фотоелектрохімічні осередки, здатні перетворювати світлову енергію в електрику і паливо. Причому в умовах невагомості вони можуть бути не менш ефективні, ніж на Землі. Компактна монолітна конструкція і відносно простий пристрій дозволять не тільки легко перевозити осередки за допомогою космічних кораблів, але і виробляти їх в колоніях.
Міжнародна група дослідників з Німеччини, Швейцарії та Великобританії провела розрахунки для оцінки ефективності фотоелектрохімічних пристроїв в умовах Місяця і Марса. Вчені уточнили спектр марсіанського сонячного випромінювання, встановили межі ефективності пристроїв для електролізу води і зв’язування вуглекислого газу, що працюють на сонячній енергії, а також оцінили технологічну життєздатність фотоелектрохімічних пристроїв в космосі.
Згідно з результатами роботи, опублікованої в журналі Nature Communications, в поєднанні з сонячними концентраторами і самоочисними панелями, що перешкоджають їх забрудненню пилом, фотоелектрохімічні осередки зможуть забезпечити марсіанську колонію паливом. Для цього вони будуть використовувати водень, отриманий при розкладанні води (з марсіанського льоду) електролізом і вуглекислий газ з атмосфери Червоної планети. Потім обидва ці компоненти за реакцією Сабатьє дозволять синтезувати метан. А ось для роботи в умовах місячної колонії навіть концентратори не будуть потрібні, і вода з місячного льоду стане джерелом кисню для людей, що живуть на супутнику Землі.
Метою подальших досліджень має стати вдосконалення сонячних концентраторів для поліпшення вихідної потужності або самих фотоелектрохімічних осередків для забезпечення їх роботи в умовах низького струму. Крім застосування в космонавтиці, такі пристрої можуть стати корисними і на Землі, забезпечуючи енергією віддалені поселення, наприклад полярні станції.
Слід зазначити, що забезпечення киснем і метаном завдяки фотоелектрохімічних осередків має пару слабких місць. По-перше, 50 відсотків всього часу такі осередки не працюватимуть у зв’язку з ніччю. Значить, маса і самих осередків, і систем синтезу метану повинна бути вдвічі вище, ніж якби в якості джерела електрики для хімічних реакцій колоністи використовували ядерний реактор.
По-друге, фотоелектрохімічні осередки на Марсі навіть вдень можна раціонально застосовувати тільки в низьких широтах. Уже в помірних широтах взимку вони дадуть в кілька разів менше енергії, ніж влітку, що значно обмежить середньорічну продуктивність таких систем по кисню і метану.