Из всех задач, необходимых для будущих миссий на Марс или за его пределами, поддержание подачи кислорода может быть самым сложным – в конце концов, если большинство аспектов миссии терпят неудачу, у вас могут быть дни, чтобы исправить их, но отсутствие дыхания является непосредственной угрозой. Таким образом, производство кислорода на Международной космической станции (МКС) является одной из наиболее дорогостоящих и сложных частей операции, которая не известна своей дешевизной или простотой. Если мы хотим отправиться на Марс по доступной цене, нам, вероятно, нужно что-то получше. Команда исследователей считает, что ответ может заключаться в магнитах, описанных в журнале npj Microgravity.
Электролиз воды быстро развивается как более экологичный способ получения водорода. Вы можете подумать, что мы могли бы просто сделать то же самое в космосе, но с кислородом в качестве желаемого продукта. Однако автор исследования доктор Катарина Бринкерт из Университета Уорика отметила в своем заявлении: "Эффективное разделение фаз в условиях пониженной гравитации является препятствием для освоения космоса человеком и известно с первых полетов в космос в 1960-х годах”.
Без гравитации для отделения газов от жидкостей пузырьки газа остаются взвешенными в воде. МКС работает с использованием центрифуг, которые создают то, что иногда называют “искусственной гравитацией”, но они занимают много места и энергии для работы, не говоря уже о техническом обслуживании.
Был опробован ошеломляющий спектр альтернативных методов, от пружин до ультразвуковых стоячих волн. Некоторые из них, такие как запуск ракет, сопровождались довольно очевидными проблемами, но, тем не менее, были опробованы. Другие подходы работают временно, но не доказали свою надежность.
Эти исследователи хотят использовать магниты для выполнения той же роли с меньшими требованиями к энергии – и, надеюсь, большей надежностью. Они использовали Bremen Drop Tower, которая имитирует микрогравитацию в течение 9,2 секунд при каждом использовании, чтобы продемонстрировать жизнеспособность своей техники.
Они показали, что при погружении неодимовых магнитов в определенные растворы на водной основе в условиях микрогравитации пузырьки газа будут притягиваться к магнитам или отталкиваться от них.
"Эти эффекты имеют огромные последствия для дальнейшего развития систем разделения фаз, например, для долгосрочных космических полетов, предполагая, что эффективное производство кислорода и, например, водорода в системах водяного (фото) электролизера может быть достигнуто даже при почти полном отсутствии выталкивающей силы", - сказал Бринкерт. сказал.
Неудивительно, что авторы не просто решили сбросить магниты с башни ради интереса. Команда потратила годы на теоретическое изучение идеи, пока не была достаточно уверена, чтобы попробовать. Бринкерт даже продемонстрировал потенциал связанных идей четыре года назад, но в том случае смог заставить их работать только с определенной комбинацией раствора и наноструктурированных ячеек.
Наиболее важным применением статьи на сегодняшний день, вероятно, будет производство кислорода для дыхания – и, возможно, водорода для топлива – в длительных космических полетах. Однако это, возможно, не единственное применение, на которое может быть направлена эта работа, поскольку она может сделать возможным разделение всех видов газов и жидкостей, что может помочь в рециркуляции сточных вод и удалении углекислого газа из воздуха.
Чтобы продемонстрировать гибкость подхода, авторы протестировали пузырьки воздуха в ультраочищенной воде, растворе MnSO 4, бульоне, используемом для выращивания бактерий, и оливковом масле. Большая вязкость вызывала эффект сопротивления, который делал разделение менее заметным, но он наблюдался в каждом случае.
Также было показано, что магнитные поля увеличивают скорость и эффективность электролиза даже в земных условиях.
