الحياة على الأرض تدين لوجودها البناء الضوئي، وهي عملية عمرها حوالي 2.3 مليار سنة. يسمح هذا التفاعل للنباتات والكائنات الحية الأخرى بالتجمع ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون أثناء تحويلها إلى أكسجين وطاقة.
قال روبرت ، الخبير في جامعة مركز كاليفورنيا للتكنولوجيا الحيوية الصناعية. قال زينغرسون.
مع فريقه ، نشروا دراسة التواصل الطبيعي كشف آخر التطورات في إجراء التمثيل الضوئي الاصطناعي ، حل حاسم للبقاء والازدهار بعيدًا عن الأرض.
“حاجة البشر للأكسجين تجعل السفر في الفضاء أمرًا صعبًا. قيود الوقود تحد من كمية الأكسجين التي يمكننا حملها معنا ، خاصة إذا أردنا القيام برحلات طويلة إلى القمر والمريخ. عادةً ما تكون الرحلة في اتجاه واحد إلى الكوكب الأحمر يستغرق عامين ، مما يعني أنه لا يمكننا بسهولة إرسال موارد من الأرض “، تابع زينغرسون.
توجد بالفعل طرق لإنتاج الأكسجين عن طريق إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون محطة الفضاء الدولية (ISS). يأتي معظم الأكسجين الموجود على محطة الفضاء الدولية من عملية واحدة التحليل الكهربائيتستخدم الكهرباء من الألواح الشمسية للمحطة لتقسيم المياه إلى غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين ، والذي يستنشقه رواد الفضاء.
كما أن لديها نظام منفصل يحل محل ثاني أكسيد الكربون الذي يستنشقه رواد الفضاء أكوا وهذا الميثان. لكن هذه التقنيات لا يصدقو غير كفءو ثقيل ص من الصعب الحفاظ عليها.
على سبيل المثال ، تتطلب عملية إنتاج الأكسجين حوالي ثلث إجمالي الطاقة المطلوبة لتشغيل النظام بأكمله على محطة الفضاء الدولية التي تدعم التحكم البيئي ودعم الحياة.
في سلسلة من عمليات البحث الإعدادات البديلة يمكن استخدامه في البعثات إلى القمر والمريخ. أحد الاحتمالات هو حصاد الطاقة الشمسية (المتوفرة بكثرة في الفضاء) واستخدامها مباشرة لإنتاج الأكسجين وإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون في جهاز. سيكون المدخل الآخر في مثل هذا الجهاز هو الماء ، كما هو الحال في عملية التمثيل الضوئي التي تحدث في الطبيعة.
هذا يتجنب الإعدادات المعقدة في كل من عمليات جمع البيانات لوز ص إنتاج المواد الكيميائية هم منفصلون كما هو الحال في محطة الفضاء الدولية. هذا يمكن أن يقلل من وزن وحجم النظام ، وهما معياران رئيسيان لاستكشاف الفضاء.
لكنها مفيدة جدا. “يمكننا ان نستخدم طاقة حرارية إضافية يتم إطلاقه أثناء العملية لالتقاط الطاقة الشمسية مباشرة لإشعال التفاعلات الكيميائية ، وتسريعها. كما يمكن تقليل الأسلاك المعقدة والصيانة بشكل كبير “، أضاف زينكرسون.
في الدراسة ، طور الباحثون إطارًا نظريًا لتحليل وتوقع أداء أجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعية المتكاملة للتطبيقات على القمر والمريخ.
بدلاً من الكلوروفيل ، المسؤول عن امتصاص الضوء في النباتات والطحالب ، تستخدم هذه الأجهزة مواد شبه موصلة يمكن تغطيتها مباشرة بمحفزات معدنية بسيطة تدعم التفاعل الكيميائي المطلوب.
هذا يعني أنه يمكن استخدامها مباشرة في الموائل يجب استخدام الماء كمورد رئيسي. هذه النتيجة مثيرة للاهتمام بشكل خاص بالنظر إلى الوجود المقدر للجليد المائي في Shackleton Crater لوناتم تحديد موقع الهبوط بالفعل للبعثات القمرية المستقبلية.
من ناحية أخرى ، في مارتييتكون الغلاف الجوي تقريبًا من أ 96٪ ثاني أكسيد الكربون، والتي تبدو مناسبة لجهاز التمثيل الضوئي الاصطناعي. ومع ذلك ، نظرًا لبعده الأكبر عن الشمس ، تكون شدة ضوء الكوكب الأحمر أضعف من شدة ضوء الأرض ، مما يتحدى تشغيله بكفاءة.
وأكدت زينغرسون: “بينما لا تزال النظارات الشمسية مهمة ، فإننا نظهر أنه يمكننا استخدام هذه الأجهزة بالفعل”.
يمثل الإنتاج الفعال والموثوق للأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى ، وكذلك إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون على متن المركبات الفضائية ، تحديًا لبعثات الفضاء طويلة الأمد. يتطلب التنفيذ الناجح لهذه التكنولوجيا في الفضاء سنوات من البحث المكثف.
“إن نسخ الأجزاء الأساسية من عملية التمثيل الضوئي من الطبيعة يعطينا بعضًا منها فوائد، مما يمكننا من تنفيذها في المستقبل غير البعيد. ستكون الفوائد هائلة. على سبيل المثال ، يمكننا إنشاء أجواء اصطناعية في الفضاء لإنتاج المواد الكيميائية التي نحتاجها التعيينات طويلة المدىمثل الأسمدة والبوليمرات أو الأدوية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأفكار التي نكتسبها من تصميم وتصنيع هذه الأجهزة ستساعدنا في التغلب عليها تحدي الطاقة الخضراء على الأرضقال زينكرسون.
يمكن استخدام أجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعي لإنتاج الهيدروجين أو الوقود القائم على الكربون (بدلاً من السكر) ، مما يفتح مسارًا أكثر اخضرارًا لإنتاج المواد الكيميائية الغنية بالطاقة. محل ص استخدم في العبور. استكشاف الفضاء واقتصاد الطاقة المستقبلي لهما نفس الهدف طويل المدى: تناسق. وخلص زينغرسون إلى أن “أجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعية قد تصبح جزءًا مهمًا من تحقيق ذلك”.
قادت فرقة العمل الخاصة بهذا التحقيق إليزابيث سي. هان ، شون أوفر ، ماركوس هارلاند-دونواي ، أندريس ف. نارفايز ، تانغ ن. لي ، مارثا ل. أكمل Orozco-Cardenas و Feng Jiao.
أكمل القراءة
