Группа учёных из разных стран предложила применять фотоэлектрохимические ячейки для снабжения людей, живущих за пределами Земли, кислородом и топливом.
Долгосрочным космическим миссиям, как и «зеленой» энергетике на Земле, необходимы надёжные, стабильные и эффективные системы преобразования и хранения солнечной энергии. На МКС около трети энергии, вырабатываемой с помощью солнечных панелей, расходуется на производство кислорода. Все системы устарели и часто выходят из строя. При планировании колонизации Солнечной системы потребуются более компактные и надёжные системы для обеспечения жизнедеятельности будущих колонистов.
Один из рассматриваемых вариантов — фотоэлектрохимические ячейкипревращают световые лучи в электричество и топливо. могутМогут работать не хуже, чем на Земле. Компактный монолитный дизайн и простое устройство позволяют легко транспортировать модули космическими кораблями и создавать их в колониях.
Группа исследователей из Германии, Швейцарии и Великобритании провела расчеты, чтобы определить эффективность фотоэлектрохимических устройств на Луне и Марсе. Ученые уточнили спектр марсианского солнечного излучения, установили пределы эффективности устройств для электролиза воды и связывания углекислого газа, работающих на солнечной энергии, а также оценили технологическую жизнеспособность фотоэлектрохимических устройств в космосе.
Согласно результатам работы, опубликованной в журнале Nature Communications, в сочетании с солнечными концентраторамиФотоэлектрохимические ячейки, оснащенные самоочищающимися панелями, предотвращающими загрязнение пылью, обеспечат колонию на Марсе топливом. Для этого они будут использовать водород, полученный при разложении воды (из марсианского льда) электролизом, и углекислый газ из атмосферы Красной планеты. реакции СабатьеСинтез метана будет возможен. В условиях лунной колонии хватит обычной воды из лунного льда как источника кислорода для её обитателей.
Дальнейшие исследования должны сосредоточиться на совершенствовании солнечных концентраторов для повышения выходной мощности или самих фотоэлектрохимических ячеек, чтобы обеспечить их работу при низком токе. Такие устройства могут быть полезны и на Земле: например, в отдаленных поселениях, таких как полярные станции.
Работа фотоэлектрохимических ячеек, обеспечивающих кислородом и метаном колонию, имеет недостатки. В связи с отсутствием солнечного света ночью эффективность этих ячеек падает на 50%. Следовательно, для обеспечения достаточной производительности потребуется в два раза больше самих ячеек и систем синтеза метана по сравнению с использованием ядерного реактора как источника энергии для химических реакций.
Второе важное обстоятельство: фотоэлектрохимические ячейки на Марсе даже днем эффективны лишь в низких широтах. В умеренных областях зимой
выработка энергии снизится в несколько раз по сравнению с летом, что существенно ограничит годовой объем производства кислорода и метана такими системами.