Для исследователей, путешествующих по Земле, нехватка воды, особенно питьевой воды, часто является самым большим препятствием.
В дальние космические путешествия нужно будет не только пить воду, но и использовать ее для производства кислорода.
Тем не менее, методы, которые мы используем для разделения воды на Земле, сталкиваются с проблемами вне сильных гравитационных полей.
К счастью, похоже, теперь у нас есть ответ.
Земной свободный кислород образуется из растений и фотосинтезирующих бактерий.
Будущие космические полеты могут принимать эти формы жизни вместе с нами, чтобы астронавты могли продолжать дышать, но необходимый вес и пространство могут оказаться слишком большими.
Международная космическая станция получает кислород из электролизирующей воды, пропуская через него электроэнергию, так что кислород появляется на одном электроде, а водород - на другом, но есть возможности для улучшения этого процесса.
Длительные космические полеты не смогут накапливать запасы воды, а их источник энергии будет слабее, так что доктор Катарина Бринкерт из "Caltech" ищет более легкие и эффективные способы превращения ее в кислород.
На Земле, когда мы используем электричество для расщепления воды для производства водорода в качестве топлива, этот процесс работает, потому что газы пузырятся на поверхности, где их можно улавливать.
В условиях микрогравитации газы не поднимаются таким же образом, что приводит к образованию пузырьковых слоев пены газа, которые повышают сопротивляемость и замедляют производство газа.
Один из вариантов - создать искусственную гравитацию, вращая камеру, в которой вода разделяется как центрифуга.
Действительно, будущие полеты на внешние планеты могут сделать это со всеми космическими аппаратами для удобства тех, кто находится на борту.
Однако Бринкерт хочет обеспечить наличие альтернатив.
В разделе "Коммуникации с природой" она объявила о более мелкомасштабном решении.
Бринкерт и его коллеги использовали Бременскую башню для моделирования почти нулевой гравитации, хотя и в течение всего 9,3 секунд, когда их оборудование подвергалось свободному падению.
Водоразделительные элементы упаковывались вместе с камерами для регистрации образования пузырьков водорода на одном электроде и кислорода на другом.
Бринкерт провел испытания двух электролизных систем, использующих частицы фосфида индия и родия.
Они дали очень похожие результаты под действием силы тяжести Земли, но один из них получил резкое снижение производительности под действием силы тяжести в миллион раз.
Другая система, однако, работала также хорошо и в условиях низкой гравитации.
Стандартные тонкопленочные электроды (сверху) образуют пузырьки водорода, которые сливаются и блокируют дальнейший электролиз в невесомости, но самостоятельно собранные текстурированные нанокристаллы создают пузырьки в горячих точках, слишком далеко друг от друга, чтобы слиться, что позволяет получать кислород и водород без потери производительности при невесомости.
К сожалению, для Илона Маска (учитывая его публичное презрение к нанотехнологиям), использование космической версии Бринкерта в запланированных им путешествиях на Марс потребует самосборки нанокристаллических частиц родия в гексагональных клеточных структурах.
Наноструктура предотвращает образование достаточно больших пузырьков водорода, вызывающих потери тока, которые препятствуют дальнейшему расщеплению воды.
Помимо дальних космических полетов, эта работа может также привести к разработке более совершенных проектов по разделению воды на Земле, где целью является водород для аккумулирования чистой энергии.
