Zariadenia, inšpirované rastlinami, vyrábajú kyslík pomocou polovodičových materiálov potiahnutých kovovými katalyzátormi.
Rastlina cínia na ISS. Zdroj: NASA
Naša rozmanitá a bohatá flóra na Zemi produkuje všetok životodarný kyslík, ktorý potrebujeme na dýchanie. Keď však chceme pobudnúť mimo našej modrej planéty, napríklad na Medzinárodnej vesmírnej stanici alebo Mesiaci či Marse, musíme si vyrobiť vlastný.
V súčasnosti ľudstvo vyvíja zariadenia, ktoré napodobňujú proces fotosyntézy – premenu slnečného žiarenia a vody na kyslík. Štúdia vedcov z Univerzity vo Warwicku vo Veľkej Británii, Univerzity v Brémach v Nemecku a EPFL vo Švajčiarsku, sponzorovaná Európskou vesmírnou agentúrou (ESA), ukázala, ako by mohla umelá fotosyntéza vo vesmíre fungovať.
Ako vyrobíme kyslík bez rastlín?
V súčasnosti je elektrolýza najbežnejším spôsobom výroby kyslíka z vody, no tento proces vyžaduje elektrickú energiu.
Zariadenia na umelú fotosyntézu, inšpirované rastlinami, vyrábajú kyslík z vody a zo slnečného žiarenia pomocou polovodičových materiálov potiahnutých kovovými katalyzátormi. Tým obchádzajú nutnosť elektriny.
Hlavnou výhodou polovodičov je, že môžu priamo využívať solárnu energiu, pričom eliminujú hmotnosť, a vďaka tomu sú ideálne na dlhé vesmírne lety. Tradičné systémy, aké sú na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice, sú ťažšie aj menej efektívne.
„Na Mesiaci a Marse je voda, takže táto štúdia pripravuje pôdu na vývoj alternatívneho zariadenia, ktoré budúcim astronautom umožní dýchať čerstvý kyslík na prieskumných misiách,“ povedala Brigitte Lamazová, inžinierka ESA pre kontrolu životného prostredia a podporu života.
Papriky pestované na Medzinárodnej vesmírnej stanici. Zdroj: NASA
Dýchanie na Marse
Výskumný tím vypočítal, že umelá fotosyntéza by fungovala dokonca aj na Marse. Slnečné svetlo je tam síce menej intenzívne, lebo planéta sa nachádza ďalej od Slnka ako Zem, no jednoduché solárne zrkadlá na akumulovanie slnečného svetla by zlepšili proces. Tým by sa vyrobilo aj viac kyslíka.
Polovodiče na rozdiel od alternatívnych metód, akou je napríklad generovanie kyslíka z regolitu (materiálu v najvrchnejšej kôre planéty), nevyžadujú použitie vysokej teploty. Hoci štúdia demonštruje teoretické fungovanie zariadenia na umelú fotosyntézu, jeho účinnosť v mikrogravitácii musia výskumníci ešte overiť.
Sny o skúmaní vesmíru závisia od našej schopnosti vyvinúť zelené technológie, akou je aj umelá fotosyntéza. Tá by nám pomohla vytvoriť umelú atmosféru vo vesmíre a zároveň by nás posunula k dosiahnutiu cieľov v oblasti energetického hospodárstva na Zemi.
Ako by mohlo fungovať pestovanie rastlín v tme
Pre prvých astronautov, ktorí navštívia Mars, bude jednou z najdôležitejších otázok počas ich trojročnej misie spôsob obživy. Šesťčlenná posádka podľa odhadov spotrebuje približne desať ton jedla. NASA, ktorá plánuje poslať ľudí na Mars do dvoch desaťročí, by mohla naplniť kozmickú loď baleným jedlom. Lenže ani to by problém úplne nevyriešilo.
Mikroživiny vrátane mnohých vitamínov sa rozkladajú v priebehu mesiacov. Okrem iného aj chuť, textúra, čerstvosť a ďalšie faktory zohrávajú dôležitú úlohu v našom zdraví.
Robert Jinkerson, chemický inžinier na Kalifornskej univerzite v Riverside si myslí, že riešením je vlastná záhrada na palube. Nebude to však typická záhrada. Bude musieť fungovať v tme, pričom rast rastlín budú poháňať umelé živiny a nie slnečné svetlo.
Huby pestované v tme v laboratóriu Roberta Jinkersona na Kalifornskej univerzite v Riverside sú súčasťou výskumného programu pestovania potravín pre astronautov pri nedostatku svetla. Zdroj: Annie Shelton
Môžu rásť aj bez svetla
Jinkerson verí, že sa rast v tme dá dosiahnuť opätovným prebudením metabolických dráh, ktoré už rastliny majú. V jeho vízii budúcnosti by elektrina zo solárnych panelov mohla premeniť vodu a oxid uhličitý vydychovaný posádkou na jednoduché, energeticky bohaté uhľovodíky, ktoré by geneticky modifikované rastliny mohli využiť na rast, dokonca aj v tme alebo šere.
Jeho tím už ukázal, že upravené rastliny môžu prežiť v režime bez svetla. Teraz je ďalším krokom to, aby zakvitli, respektíve mali plody bohaté na mikroživiny, ktoré astronauti potrebujú. Okrem využitia vo vesmíre výskumníci veria, že prinesie osoh aj na Zemi. „Takéto rastliny by sme mohli implementovať na miesta, ako je južný pól, kde poľnohospodárstvo nie je možné,“ uzavrel Jinkerson.
Zdroj: ESA, Interestingingeneering, Science
(JM)
