Дыхание в глубокий космос
Все технологии для удаления CO2 и производства кислорода, когда мы живем очень далеко от дома. Углубленный анализ Луки Лонго
У нас осталось несколько лет, чтобы изменить свой образ жизни, научиться устойчиво производить энергию, сдерживать рост углекислого газа и остановить изменение климата. Если мы этого не сделаем, мы сможем «просто» изменить планету.
Чтобы иметь возможность перемещаться вокруг Земли, нам придется решить несколько небольших проблем: у Луны нет атмосферы; Также и ртуть, температура которой достигает 450 ° C. Венера — это еще и ад с температурой 380 ° C, ее атмосфера на 97% состоит из CO2, а давление в 98 раз выше. Остальные планеты действительно совсем не мешают, кроме Марса. Однако на Марсе 95% атмосферы состоит из CO2, средняя температура составляет около -63 ° C, а давление составляет одну десятую от земного. В сухом костюме, закутанном, как у сибирских инуитов, мы могли бы продержаться даже несколько часов, но вопрос о том, как прожить дольше, еще предстоит решить.
Если мы попытаемся колонизировать Марс — или, что маловероятно, по крайней мере в ближайшие несколько столетий, другие более далекие планеты — мы не сможем использовать многие технологии, которые позволили нам путешествовать и работать в космосе вокруг Земли на борту космических кораблей и космические станции.
В частности, для производства кислорода и удаления углекислого газа мы не сможем использовать уже представленные здесь решения . Все эти технологии, по сути, предполагают потребление реагентов и превращение их в отходы. Нам нужна цепочка поставок, подключенная к Земле. С другой стороны, путешествие на Марс занимает от 150 до 300 дней (от пяти до десяти месяцев), и мы можем совершать его только каждые два года, когда орбиты обеих планет приближают их. Марсоходу Curiosity потребовалось около 8 месяцев — в период с 2011 по 2012 год — в то время как Opportunity был быстрее и преодолел путь чуть более чем за 7 месяцев — в период с 2003 по 2004 год — последний марсоход НАСА. — Настойчивость — отброшена после путешествия в течение 203 дней в Февраль 2021 г.
Для этого будущим космическим колониям придется годами постоять за себя. Они будут вынуждены организоваться в соответствии с правилами строгой циркулярной экономики, в которой все производимые отходы восстанавливаются и перерабатываются на месте в новые материалы, которые можно будет использовать благодаря энергии Солнца , других звезд или искусственного синтеза. .
Для улавливания CO2 и удаления его из среды обитания колонии будет невозможно использовать простые скрубберы (очистители, удаляющие углекислый газ), используемые на Международной космической станции, потому что циклический механизм поглощения внутреннего углекислого газа с последующей десорбцией в космический вакуум не может функционировать в марсианской атмосфере, которая уже насыщена CO2. Можно будет попробовать экспериментальные системы, такие как MOXIE , которая преобразует углекислый газ в драгоценный кислород и окись углерода, или цикл Сабатье, который — благодаря электролизеру — потребляет водяной пар, выделяемый при дыхании, превращая его в кислород и водород. Последний затем реагирует с диоксидом углерода, давая две драгоценные молекулы: воду и метан. Чтобы устранить CO2, изучаются другие технологии, такие как реакция Боша , которая приводит к воде и твердому углероду, или обратная реакция водно-газового обмена, которая производит воду и монооксид углерода, или, наконец, высокая температура электролиза , которая его преобразует. в кислород и окись углерода. В недавнем исследовании предлагается использовать низкотемпературную плазму для преобразования CO2 в другие продукты.
Во всех этих случаях необходим источник энергии, чтобы заставить химические реакции идти «в обратном направлении», то есть переводить CO2, который является наиболее окисленной, стабильной и, следовательно, безэнергетической формой углерода, в другие формы, где он менее окислен. .и более реактивный, то есть он содержит энергию, которую можно высвободить и использовать.
Нам придется столкнуться с некоторыми большими проблемами: во-первых, нам понадобится много солнечных панелей, потому что Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, и световая энергия, которая успевает попасть туда, не превышает 590 Вт на квадратный метр. из 1000 Вт / м2, которые поступают на нашу планету. Эти панели должны будут выдерживать частые пыльные бури с порывами со скоростью 100 км / ч, поднимающимися на расстояние до 1000 км от поверхности, сопровождаемыми мощными электростатическими разрядами, вызванными отсутствием влажности. В этих условиях любое оборудование, подвергающееся воздействию внешних условий, будет очень быстро изнашиваться, и поселенцам придется ремонтировать его немедленно и с имеющимся материалом, чтобы не подвергать риску всю среду обитания.
По этой причине исследования продвигаются к совершенно иному решению: чтобы исключить CO2 и преобразовать его в кислород, почему бы не принять самую старую технологию в мире ? В настоящее время проводится несколько экспериментов по использованию систем рециркуляции воздуха, основанных на фотосинтезе хлорофилла.
В Аризоне в рамках проекта «Биосфера-2» 8 терранавтов, превращенных в поселенцев / фермеров, прожили два года в огромной теплице: закрытой искусственной экосистеме объемом 180 000 м3. Но будет ли на Марсе достаточно света? Марсианское общество нашло ответ: на арктической марсианской станции, построенной на острове Девон — между Канадой и Гренландией на 75 ° северной широты и с инсоляцией и температурой, сравнимыми со средними марсианскими, — команда из шести колонистов подтвердила, что вы можете выращивать помидоры (конечно, в теплицах!).
В Сибири проект BIOS-3 предпочел водоросли наземным растениям и показал, что только 315 м3 биореакторов, заполненных водорослями хлореллы, необходимы для уравновешивания отношения O2 / CO2 одного космического колониста. При использовании светодиодных ламп, оптимизированных для фотосинтеза, будет достаточно всего 1,8 кВт электроэнергии на душу населения: примерно как в домашней духовке.
Пока мы проектируем космические корабли, которые доставят нас неизвестно куда, продолжаются исследования биологических сред обитания, в которых будут жить будущие… непосредственные космические фермеры.
(Резюме статьи опубликовано на eni.com)
Это автоматический перевод публикации, опубликованной в журнале Start Magazine по адресу https://www.startmag.it/energia/co2-spazio-tecnologie/ в Sat, 01 May 2021 05:40:07 +0000.