Het formuleren van een kunstmatige koolstofcyclus buiten onze planeet

De kunstmatige koolstofcyclus, geïnspireerd door het natuurlijke proces van de aarde, biedt een hulpbronnenbesparende oplossing voor ruimtemissies. industrieel Fotosynthese Fotokatalytische omzetting van kooldioxide is een veelbelovende aanpak, maar verbetering van de efficiëntie is nodig.

Momenteel zijn ruimtemissies voornamelijk afhankelijk van het transporteren van basisbehoeften vanaf de aarde. Dit is uiterst moeilijk en logistiek onmogelijk als we stations of habitats willen ontwikkelen op buitenaardse locaties zoals de maan en Mars.

Een astronaut heeft bijvoorbeeld bijna een kilogram zuurstof per dag nodig om in leven te blijven. Daarom moeten er elk jaar tonnen zuurstof worden getransporteerd om een ​​station op buitenaardse locaties te bouwen, wat de kosten en het risico van de missie verhoogt.

Er wordt verwacht dat deze situatie zal veranderen door het construeren van een kunstmatige koolstofcyclus op buitenaardse locaties. Op aarde zorgt de koolstofcyclus ervoor dat koolstofatomen uit de atmosfeer kunnen bewegen (te vinden in gasvormige koolstofverbindingen zoals koolstofdioxide).₂ En C.H₄) op de grond (aangeboden in de vorm van suiker, zetmeel, enz..) En uiteindelijk terug in de atmosfeer om de cirkel te sluiten.

De energie-input voor deze biogeochemische cyclus wordt geleverd door zonne-energie, waarbij planten of andere organismen zonne-energie absorberen om koolstofdioxide om te zetten₂ En h₂O in verbindingen op basis van koolstof en zuurstof via Fotosynthese.

Gezien het feit dat de momenteel beoogde buitenaardse locaties (elkDe Maan en Mars) hadden overvloedige zonnestraling en vertoonden een overvloed aan koolstofdioxide₂ En h₂Voor reserves zou deze fotosynthesestrategie kunnen worden toegepast om op buitenaardse locaties een kunstmatig koolstofcyclussysteem te bouwen om voldoende drijfgas en levensondersteuning te bieden voor ruimtemissies.

Met de ontdekking van overvloedige voorraden kooldioxide en water op buitenaardse locaties, is voorgesteld dat fotokatalytische omzetting van kooldioxide ook op buitenaardse locaties zou kunnen worden geïmplementeerd om een ​​kunstmatige koolstofcyclus op te bouwen die als drijfgas en levensondersteuning kan dienen voor ruimtemissies. Krediet: Chinees Journal of Catalysis

Kunstmatige fotosynthese: een duurzame oplossing

Tegen deze achtergrond is kunstmatige fotosynthese uitgevoerd door middel van fotokatalytische koolstofdioxide₂ De transitie houdt grote beloften in voor het bereiken van een duurzame cyclus. Concreet zou een dergelijke strategie de fotosyntheserol van groene planten kunnen nabootsen, en zou naar verwachting de koolstofcyclus van de natuur op aarde opnieuw worden opgebouwd, die momenteel wordt stopgezet door de toename van de koolstofdioxide.₂ uitstoot.

Deze kunstmatige fotosynthesestrategie zou, indien succesvol geïmplementeerd op buitenaardse locaties als onderdeel van ISRU, ook de constructie van een kunstmatige koolstofcyclus op buitenaardse locaties mogelijk kunnen maken. Tot nu toe zijn veel producten met succes geproduceerd via fotokatalytische CO2₂ Conversies, zoals CO en CH₄het hoofdstuk₃Oh, en HHO.

Echter, CO-fotokatalyse₂ De conversie-efficiëntie blijft onbevredigend om aan praktische toepassingen te voldoen. Dus de ontwikkeling van fotosynthese₂ De conversie met uitstekende fotoconversie-efficiëntie en productselectiviteit is zeer gewild vanwege zijn toepassingen, niet alleen op aarde maar ook op buitenaardse locaties.

Onderzoeksperspectieven op buitenaardse fotokatalyse

Onlangs schreef een onderzoeksteam onder leiding van professor Yujie Xiong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China een commentaar op buitenaardse fotogekatalyseerde koolstofdioxide.₂ Conversie om beknopte en duidelijke richtlijnen te bieden voor de ontwikkeling van CO2-fotosynthese₂ Conversie en de toepassing ervan buiten de aarde. Ze definiëren eerst de basis- en algemene principes van fotokatalytisch kooldioxide₂ transformatie.

Vervolgens vatten ze de problemen samen waarmee fotokatalyse te maken zou kunnen krijgen als deze op buitenaardse locaties wordt geïmplementeerd. Tenslotte worden perspectieven op de ontwikkeling op dit gebied gepresenteerd.

De resultaten zijn gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse.

Referentie: “Fotokatalytisch bedrijf₂ Transformatie: Beyond Earth” door Jingxiang Lu, Zhao Zhang, Ferdi Carradas en Yujie Xiong, 10 augustus 2023, Chinees tijdschrift voor katalyse.
doi: 10.1016/S1872-2067(23)64472-9