Článok vyšiel pôvodne na webe The Conversation.
Vesmírne agentúry a súkromné spoločnosti už majú prepracované plány, ako v nasledujúcich rokoch poslať ľudí na Mars s cieľom kolonizovať planétu. A s rastúcim počtom objavených planét podobných Zemi pri neďalekých hviezdach sa predstava ciest do vzdialeného vesmíru nikdy nezdala vzrušujúcejšia.
Elon Musk má plán pre Mars. Ľudia majú byť na planéte do roku 2024 Čítajte Pre človeka nie je jednoduché prežiť dlhšie obdobia vo vesmíre. Jednou z hlavných výziev na vesmírnych letoch do veľkých diaľok sú dostatočné zásoby kyslíka na dýchanie a dostatok paliva na pohon zložitých zariadení.
Nanešťastie je vo vesmíre len veľmi málo kyslíka a kvôli vzdialenostiam je rýchle doplnenie ťažké.
Nová štúdia v magazíne Nature Communications však teraz ukazuje, že je možné vyrobiť vodík (na palivo) a kyslík (na dýchanie) z vody pomocou polovodičového materiálu a slnečného svetla (alebo z hviezdy) v nulovej gravitácii.
Neprerušované vesmírne lety sa tak stávajú celkom reálnou možnosťou.
Kľúčom je elektrolýza
Jednou z najväčších výziev na Zemi je využiť nesmiernu silu slnka ako zdroj energie pre náš každodenný život. Pomaly sa odvraciame od ropy k obnoviteľným zdrojom energie a vedci hľadajú spôsob, ako využiť vodík ako palivo.
Najlepším spôsobom by bolo rozdeliť vodu (H2O) na jej zložky: vodík a kyslík.
Umožňuje to proces známy ako elektrolýza, v ktorom cez vodný roztok s rozpustným elektrolytom prechádza elektrický prúd. Voda sa tak rozdelí na vodík a kyslík, ktoré sa uvoľnia pri dvoch elektródach.
Aj keď je elektrolýza technicky možná, na Zemi sa bežne nevyužíva, pretože na jej rozšírenie potrebujeme vybudovať vodíkovú infraštruktúru, ako napríklad vodíkové čerpacie stanice.
Sila slnka
Elektrolýzou vyrobený vodík a kyslík z vody by sa tiež dal použiť ako palivo pre vesmírne lode. Štart rakety s vodou by v skutočnosti bol oveľa bezpečnejší než štart s dodatočným palivom a kyslíkom na palube, ktoré môžu vybuchnúť.
Všetci sa chcú dostať na Mesiac. Aké misie plánujú USA, Čína či India Čítajte Vo vesmíre by následne už špeciálna technológia rozdelila vodu na vodík a kyslík, ktorý by sa dal použiť na podporu života či v podobe palivových článkov pre elektroniku.
Existujú dva spôsoby, akým sa to dá dosiahnuť. Jedným je elektrolýza ako ju poznáme na Zemi, pomocou elektrolytu a solárnych článkov, ktoré by zachytili svetlo a premenili na prúd.
Alternatívou sú fotokatalyzátory, ktoré zachytávajú svetelné častice - fotóny - do polovodičových materiálov vo vode. Energiu fotónu absorbuje elektrón v materiáli, ktorý potom vyskočí a zanechá za sebou prázdne miesto.
Uvoľnený elektrón môže reagovať s protónmi (ktoré spolu s neutrónmi tvoria atómové jadro) vo vode, čím vznikne vodík. Medzitým diera v materiáli môže absorbovať elektróny z vody, čím vzniknú protóny a kyslík.
Pozrite si jedinečné zábery raketoplánov z misií Čítajte Proces sa dá aj zvrátiť. Vodík a kyslík sa dajú spojiť či rekombinovať pomocou palivových článkov, ktoré vrátia solárnu energiu pohltenú fotokatalyzátorom.
Konečným produktom rekombinácie je voda, čo znamená, že sa tiež dá recyklovať. To je pre diaľkové vesmírne lety kľúčové.
Proces pomocou fotokatalyzátorov je pre lety do vesmíru najlepším riešením, pretože hmotnosť potrebnej výbavy je oveľa menšia ako hmotnosť zariadenia potrebného pre elektrolýzu.
Teoreticky by to malo byť jednoduché. Sčasti za to môže vyššia intenzita slnečného svetla vo vesmíre. Intenzita totiž klesá cestou svetla cez zemskú atmosféru k povrchu.
Ako zvládnuť bubliny
V novej štúdii nechali vedci padnúť celé experimentálne zariadenie cez 120-metrovú vežu, čím vytvorili podmienky podobné mikrogravitácii. Keď telesá padajú voľným pádom k zemi, vplyv gravitácie sa zmenšuje, keďže gravitačné sily sa vynulujú rovnakými a opačnými silami spôsobené zrýchlením.
Skutočným priekopníkom letov do vesmíru boli zvieratá. Toto sú ich príbehy Čítajte Je to opak preťaženia, ktoré zažívajú astronauti a bojoví piloti, ktorí zrýchľujú v lietadlách a raketách.
Výskukmníkom sa podarilo ukázať, že voda sa dá v tomto prostredí rozdeliť. Avšak, keď sa voda rozdeľuje a vzniká plyn, tvoria sa pritom bubliny.
Bubliny v katalyzovanom materiáli proces obmedzujú. Je preto dôležité sa ich zbaviť.
Gravitácia na Zemi spôsobuje, že bubliny sa automaticky vznášajú k hladine (voda pri hladine je hustejšia než bubliny, čo ich nadnáša), čím vzniká priestor pre vznik ďalších bublín v katalyzátore.
V nulovej gravitácii to nie je možné a bubliny ostanú na alebo pri katalyzátore. Vedcom sa však podarilo upraviť tvar nanoštruktúr v katalyzátore tak, že vytvorili pyramídové zóny, vďaka čomu sa bubliny môžu uvoľniť a odplávať.
Ostáva však jeden problém. Bez prítomnosti gravitácie bubliny ostávajú v tekutine, aj keď ich prinútili odplávať od katalyzátora.
Ukázali, ako sa v 17. storočí chceli ľudia dostať na Mesiac Čítajte Gravitácia umožňuje, že všetky plyny sa môžu dostať preč z tekutiny, čo je dôležité pre využitie čistého vodíka a kyslíka.
Bez prítomnosti gravitácie žiadne bubliny nevyplávajú k hladine a neoddelia sa od zbytku - namiesto toho ostávajú a vznikne pena.
Katalyzátor alebo elektródy sa zablokujú, čím sa zásadne zníži efektivita celého procesu. Riešenie tohto problému bude kľúčovým pri zavedení technológie vo vesmíre. Jedno z riešení, ako oddeliť roztok od plynov, by mohlo spočívať vo využití odstredivých síl z rotácie vesmírnej lode.
Napriek tomu sme vďaka novej štúdii o krok bližšie k dlhodobým letom do vesmíru s ľudskou posádkou.
Autor: Charles W. Dunhill
