სიცოცხლე დედამიწაზე დღეს ფოტოსინთეზს უნდა უმადლოდეს — პროცესს, რომელიც 2,3 მილიარდი წლის წინ დაიწყო. ეს უზომოდ მომხიბვლელი რეაქცია მცენარეებსა და სხვა ორგანიზმებს მზის სინათლის, წყლის, ნახშირორჟანგის მოპოვების საშუალებას აძლევს, რომლებსაც შემდეგ ჟანგბადად და შაქრის სახით ენერგიად გარდაქმნიან.
ფოტოსინთეზი დედამიწის ფუნქციონირების ისეთი განუყოფელი ნაწილია, რომ მის მნიშვნელობას ხშირად ვერც აღვიქვამთ. თუმცა, როდესაც სხვა პლანეტებს ვეძებთ, სადაც შეიძლება დავსახლდეთ და კვლევები ვაწარმოოთ, მაშინ ვხვდებით, რამდენად იშვიათი და ღირებულია ეს პროცესი.
ახალ კვლევაში, ბრიტანეთის უორვიკის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა შეისწავლა ბოლოდროინდელი წინსვლა ხელოვნური ფოტოსინთეზის მიღწევაში, რაც შეიძლება საკვანძო იყოს დედამიწისგან შორს საცხოვრებლად.
კოსმოსურ მოგზაურობას ართულებს ის, რომ ადამიანს ჟანგბადი სჭირდება. საწვავის გარშემო არსებული შეზღუდვები ზღუდავს ჟანგბადის იმ რაოდენობასაც, რომლის თან წაღებაც შეგვიძლია, განსაკუთრებით მაშინ, თუ დიდხანს დარჩენა გვსურს მთვარეზე ან მარსზე. მარსისკენ ერთ გზას ორი წელი სჭირდება, რაც იმას ნიშნავს, რომ დედამიწიდან საკვები რესურსების გაგზავნა არც ისე ადვილი და მოსახერხებელი იქნება.
საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურზე უკვე არსებობს გზები, როგორ გადავამუშაოთ ნახშირორჟანგი, რათა ჟანგბადი მივიღოთ. სადგურზე არსებული ჟანგბადის დიდი ნაწილი წარმოქმნილია ელექტროლიზის პროცესის მიერ, რომელიც სადგურის მზის პანელების ელექტროენერგიის გამოყენებით, წყალს წყალბადად და ჟანგბადად შლის, რომელსაც შემდეგ ასტრონავტების სუნთქავენ.
სადგურს ასევე აქვს ცალკე სისტემა, რომელიც ასტრონავტთა მიერ ამოსუნთქულ ნახშირორჟანგს წყლად და მეთანად გარდაქმნის.
თუმცა, ეს ტექნოლოგიები არასაიმედო, არაეფექტიანი, მძიმე და რთულია. მაგალითად, ჟანგბადის წარმოების პროცესს მთელი კოსმოსური სადგურისთვის გარემოს კონტროლისა და სიცოცხლის მხარდამჭერი სისტემისთვის საჭირო ენერგიის ერთი-მესამედი მიაქვს.
შესაბამისად, გრძელდება ისეთი ალტერნატიული სისტემების ძებნა, რომელთა გამოყენება მთვარესა და მარსზეც იქნება შესაძლებელი. ერთი შესაძლებლობაა მზის ენერგიის მოპოვება და მისი პირდაპირ გამოყენება ჟანგბადის წარმოებისა და ნახშირორჟანგის გადამუშავებისთვის, მხოლოდ ერთ მოწყობილობაში.
კიდევ ერთი რამ რაც ასეთ მოწყობილობას დასჭირდება, არის წყალი — ბუნებაში მიმდინარე ფოტოსინთეზის პროცესის მსგავსად. შედეგად, გაერთიანდება ორი პროცესი — სინათლის შეგროვების და ქიმიური წარმოების, რომლებიც კოსმოსურ სადგურზე ცალ-ცალკეა.
საინტერესოა იმ თვალსაზრისით, რომ შეიძლება შეამციროს სისტემის მოცულობა და მასა — კოსმოსის ადგილზე კვლევის ორი მთავარი კრიტერიუმი. ამავე დროს, იქნება უფრო მეტად ეფექტიანიც.
მზის ენერგიის დაჭერის პროცესის დროს გამოყოფილ ჭარბ თერმულ ენერგიას (სითბო) პირდაპირ ქიმიური რეაქციების კატალიზატორად გამოიყენებს, რაც შესაბამისად, პროცესს დააჩქარებს. ამას გარდა, მნიშვნელოვნად შემცირდება კომპლექსური დაკაბელება და მოვლის საჭიროება.
ასეთი ინტეგრირებული „ხელოვნური ფოტოსინთეზის“ მოწყობილობების მთვარესა და მარსზე გამოყენების ანალიზისთვის, მკვლევართა ჯგუფმა თეორიული ჩარჩო შექმნა.
ქლოროფილის ნაცვლად, რომლის წყალობითაც შთანთქავენ სინათლეს მცენარეები და წყალმცენარეები, ეს მოწყობილობები ნახევრად გამტარ მასალებს იყენებს, რომლებიც პირდაპირ შეიძლება დაიფაროს მარტივი ლითონური კატალიზატორით, სასურველი ქიმიური რეაქციის გამოსაწვევად.
ჯგუფის მიერ ჩატარებულმა ანალიზებმა აჩვენა, რომ ეს მოწყობილობები მართლაც გამოსადეგი იქნება სიცოცხლის მხარდამჭერ ამჟამინდელ ტექნოლოგიათა შესავსებად, მაგალითად, კოსმოსურ სადგურზე არსებული ჟანგბადის გენერატორის.
არსებობს სხვა მიდგომებიც. მაგალითად, შესაძლებელია ჟანგბადის წარმოება პირდაპირ მთვარის ნიადაგიდან (რეგოლითი), მაგრამ ამას მაღალი ტემპერატურა სჭირდება.
მეორე მხრივ, ხელოვნური ფოტოსინთეზის მოწყობილობები ოთახის ტემპერატურაზე მუშაობს მარსსა და მთვარეზე არსებული წნევის ქვეშ. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ მათი გამოყენება პირდაპირ იქ მოწყობილ საცხოვრებელ გარემოში იქნება შესაძლებელი, მთავარ რესურსად წყლის გამოყენებით.
ეს ყველაფერი განსაკუთრებით საინტერესოა, თუ გავითვალისწინებთ წყლის ყინულის არსებობას მთვარის შეკლტონის კრატერში, სადაც სავარაუდოდ დაჯდება მთვარის მომავალი მისიები.
მარსის ატმოსფეროს თითქმის 96 პროცენტს ნახშირორჟანგი შეადგენს, რაც იდეალური უნდა იყოს ხელოვნური ფოტოსინთეზის მოწყობილობისათვის. თუმცა, მზისგან სიშორის გამო, სინათლის ინტენსივობა წითელ პლანეტაზე უფრო ნაკლებია, ვიდრე დედამიწაზე.
წარმოადგენს თუ არა ეს პრობლემას? მკვლევართა ჯგუფმა მარსზე მზის სინათლის ინტენსივობა გამოთვალა. დადგინდა, რომ იქ ამ მოწყობილობათა გამოყენება შესაძლებელია, მაგრამ საკმაოდ მნიშვნელოვანი იქნება მზის სარკეების გამოყენება.
ჟანგბადის და სხვა ქიმიურ ნივთიერებათა ეფექტიანი და საიმედო წარმოება, ასევე კოსმოსურ ხომალდთა ბორტზე და საცხოვრებელ გარემოში ნახშირორჟანგის გადამუშავება უდიდესი გამოწვევაა, რომელიც აუცილებლად უნდა გადაიჭრას, რათა შესაძლებელი გახდეს გრძელვადიან მისიათა განხორციელება.
ამჟამად არსებული ელექტროლიზის სისტემები მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობს და საჭიროებს მნიშვნელოვანი ოდენობის ენერგიის მიწოდებას. ნახშირორჟანგის ჟანგბადად გარდაქმნის მოწყობილობები ამჟამად მარსზე ტესტირებას გადის.
კოსმოსში ამ ტექნოლოგიის დასანერგად რამდენიმეწლიანი აქტიური კვლევებია საჭირო. ბუნებრივი ფოტოსინთეზიდან გარკვეული მეთოდების კოპირებამ შეიძლება გარკვეული უპირატესობები მოგვცეს.
სარგებელი უზარმაზარი იქნება. მაგალითად, კოსმოსში ხელოვნურ ატმოსფეროს შევქმნით და ვაწარმოებთ გრძელვადიანი მისიებისთვის საჭირო ქიმიურ ნივთიერებებს, თუნდაც სასუქებს, პოლიმერებს ან მედიკამენტებს.
გარდა ამისა, ამ მოწყობილობების შესაქმნელად გამოყენებული ტექნოლოგიები შეიძლება დედამიწაზეც დაგვეხმაროს მწვანე ენერგიის გამომუშავებაში.
კვლევა Nature Communications-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.
