به نقل از «ایسنا»

تنفس فضانوردان در مریخ با فتوسنتز مصنوعی

تاریخ انتشار: ۲۱ خرداد ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۷۹۵۶۹۹۲

دانشمندان به دنبال ایجاد مبانی نظری دستگاه‌های PEC در ماه و مریخ و اولین تلاش برای استفاده از آنها برای تولید اکسیژن و بازیافت کربن دی اکسید به منظور فتوسنتز مصنوعی هستند که می‌تواند به فضانوردان برای تنفس در سیارات و قمرهای دیگر کمک کند.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، «چگونه نفس بکشیم؟» زمانی که به اکتشاف فضایی فکر می‌کنیم، این سوالی است که در ذهن هر فردی متبادر می‌شود.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

نیاز به صرفه‌جویی در فضا و سوخت، یک محدودیت در میزان اکسیژنی است که فضانوردان می‌توانند با خود به فضا ببرند و این کمبودی است که با توجه به وسعت فضا و زمان پرواز دو ساله برای یک سفر یک طرفه به مریخ، چالش برانگیز است.

بیشتر اکسیژن موجود در ایستگاه فضایی بین‌المللی(ISS) از طریق الکترولیز به دست می‌آید که یک فرآیند شیمیایی است که از الکتریسیته برای تقسیم آب به اتم‌های هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کند. همچنین یک سیستم جداگانه، کربن دی اکسید بازدم شده را به آب و متان تبدیل می‌کند.

با این حال، این روش ۱.۵ کیلووات انرژی مصرف می‌کند که حدود یک سوم از کل انرژی مورد نیاز برای اجرای سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی حیات در ایستگاه فضایی است که مسئول تامین آب و هوای پاک برای خدمه و حیوانات آزمایشگاهی حاضر در این ایستگاه است.

نور ناجی

اکنون مطالعه‌ای که در مجله علمی معتبر Nature Communications منتشر شده است، قابلیت جایگزینی سیستم‌های تولید اکسیژن و سوخت موجود با دستگاه‌های فوتوالکتروشیمیایی(PEC) را ارزیابی می‌کند.

این فرآیند شبیه به فتوسنتز در گیاهان است و آب را به عنوان ورودی می‌گیرد و شامل جداسازی برداشت نور و تولید مواد شیمیایی است.

این راهکار نه تنها وزن و حجم سیستم را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه از نظر کارایی نیز سود قابل توجهی را به همراه خواهد داشت.

در حالی که گیاهان برای جذب نور به کلروفیل متکی هستند، این دستگاه پیشنهادی در عوض از مواد نیمه‌رسانا پوشیده شده با کاتالیزورهای فلزی استفاده می‌کند که از واکنش شیمیایی مورد نظر پشتیبانی می‌کنند.

علاوه بر این، این مطالعه، چارچوبی را ایجاد می‌کند که قادر به پیش‌بینی عملکرد این دستگاه‌های PEC در کره ماه و مریخ است.

کاترینا برینکرت، استادیار کاتالیزور شناسی در دانشگاه وارویک بریتانیا و پژوهشگر اصلی این مطالعه تأیید کرد که این دستگاه‌های فوتوالکتروشیمیایی می‌توانند با فناوری‌های پشتیبانی از حیات فعلی، مانند مجموعه مولد اکسیژن حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی سازگار شوند.

توانایی کار در دمای اتاق، این دستگاه‌های فتوسنتز مصنوعی را با روش‌های جایگزینی مانند تولید اکسیژن از رکولیت –خاک ماه- که دانشمندان ناسا آن را با استفاده از دماهای بالا آزمایش کردند، کنار می‌گذارد.

با این حال، همه عوامل به نفع رویکرد PEC نیست. مریخ که نسبت به زمین از خورشید دورتر است، نور کمتری دریافت می‌کند، در حالی که نور، منبع اصلی برای واکنش‌های فوتوالکتروشیمیایی است.

بنابراین این مطالعه بر اهمیت آینه‌های خورشیدی برای مبارزه با این کاهش شدت نور تأکید می‌کند.

برگی از کتاب طبیعت

رویاهای اکتشاف فضایی ما به توانایی‌مان در توسعه فناوری‌های سبز مانند دستگاه PEC بستگی دارد که می‌تواند به ایجاد جو مصنوعی در فضا و همچنین دستیابی به اهداف اقتصادی انرژی در زمین کمک کند.

اگرچه این مطالعه دوام دستگاه‌های PEC، کارایی آنها در شرایط ریزگرانش و مقیاس‌پذیری نظری آنها را نشان می‌دهد، اما باید دید که آنها در عمل چقدر کارایی دارند.

تحقیقات بیشتر می‌تواند نشان دهد که فتوسنتز مصنوعی به یک چرخ دنده کلیدی در تلاش ما برای تولید مواد شیمیایی غنی از انرژی با قابلیت ذخیره‌سازی و حمل آسان تبدیل می‌شود.

جالب توجه است که نسخه ترجمه نشده این مقاله به زبان انگلیسی توسط یک انسان و با کمک ابزارهای هوش مصنوعی مولد نوشته و ویرایش شده است.

انتهای پیام

منبع: ایسنا

کلیدواژه: فتوسنتز مصنوعی تولید دانش بنیان و اشتغال آفرین مهار تورم و رشد تولید برگزیده ها نمایشگاه آبادیران دانش بنیان ها در نمایشگاه آبادیران بنياد ملي نخبگان دانشگاه تهران تولید دانش بنیان و اشتغال آفرین مهار تورم و رشد تولید دانش بنیان ها در نمایشگاه آبادیران فتوسنتز مصنوعی

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۹۵۶۹۹۲ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

چگونه دانشمندان تنها در چند ساعت الماس تولید کردند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، میلیاردها سال طول می‌کشد تا الماس‌های طبیعی در نتیجه فشار لایه‌های زمین و دمای شدید در اعماق زمین شکل بگیرند. فرم‌های مصنوعی را می‌توان خیلی سریع‌تر تولید کرد؛ با این وجود برای این کار نیز دست‌کم باید چند هفته منتظر ماند.

دانشمندان به تازگی روش جدیدی را برای ساخت الماس کشف کردند که در چهارچوب آن، ترکیبی از فلزات مایع می‌تواند یک الماس مصنوعی را در عرض چند دقیقه بدون نیاز به فشاری عظیم تولید کند.

البته برای این کار، هنوز به یک دمای بالای ۱۰۲۵ درجه سانتیگراد نیاز است تا یک قطعه الماس در ۱۵۰ دقیقه تشکیل شود. این معادل فشاری است که ما در سطح دریا احساس می‌کنیم و ده‌ها هزار بار کمتر از فشاری است که معمولاً برای تولید الماس نیاز است.

تیم سازنده این الماس جدید، پژوهشگران موسسه علوم پایه در کره جنوبی هستند که امیدوارند با این شیوه بتوانند انقلابی در تولید الماس‌های مصنوعی ایجاد کنند.

تکنیک حل کردن کربن در فلز مایع برای ساخت الماس کاملاً جدید نیست و جنرال الکتریک نیم قرن پیش فرآیندی مشابه را با استفاده از سولفید آهن مذاب به جهان معرفی کرد؛ اما برای این کار نیز نیاز به ایجاد فشاری معادل ۵-۶ گیگا پاسکال و یک «دانه» الماس است تا کربن به آن بچسبد.

پژوهشگران این تیم در مقاله‌ای درباره روش جدید نوشتند: «ما روشی برای تولید الماس در فشار ۱ اتمسفر و در دمای متوسط، با استفاده از آلیاژ فلزهای مایع کشف کردیم.»

آنها در این روش از مخلوط دقیقی از فلزات مایع گالیم، آهن، نیکل و سیلیکون استفاده کردند و یک سیستم خلاء در داخل یک محفظه گرافیتی ساختند تا فلز را در حالی که در معرض ترکیبی از متان و هیدروژن قرار می‌گرفت، به سرعت گرم و سپس خنک کنند.

این کار باعث شد تا اتم‌های کربن متان در سراسر فلز ذوب شده پخش شوند و به عنوان دانه الماس عمل کنند. 

تنها پس از ۱۵ دقیقه، قطعات کوچکی از کریستال‌های الماس از فلز مایع جدا و نمایان شدند و پس از گذشت مدت دو ساعت و نیم نیز یک لایه پیوسته الماس شکل گرفت.

تحقیقات درباره این فرآیند هنوز در مراحل اولیه است؛ با این وجود اعضای تیم تحقیق معتقدند که این روش پتانسیل زیادی دارد و می‌توان به کمک آن، فلزات مایع دیگری را برای رسیدن به نتیجه مشابه یا حتی بهتر ترکیب کرد.

شیوه‌ای که در حال حاضر برای تولید اکثر الماس‌های مصنوعی استفاده می‌شود، چندین روز طول می‌کشد و به فشار بسیار بیشتری نیاز دارد.

اگر این تکنیک بتواند همچنان توسعه یابد، فرایند ساخت الماس بسیار سریع‌تر و بسیار آسان‌تر خواهد شد.

انتهای پیام/