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Nov 17, 2023

미래의 달과 화성 임무에서는 실험적인 태양광 기술을 사용하여 산소를 만들 수 있습니다.

기술은 아직 준비되지 않았지만 점점 가까워지고 있습니다. 미래의 달과 화성

기술은 아직 준비되지 않았지만 점점 가까워지고 있습니다.

미래의 달과 화성 임무에서는 태양 에너지와 화학 반응의 첨단 기술 조합을 사용하여 달 얼음이나 화성 대기의 이산화탄소로부터 산소는 물론 로켓 연료까지 만들 수 있습니다.

식물이 햇빛과 이산화탄소를 화학 에너지와 산소로 전환하는 데 도움이 되는 과정인 광합성의 첨단 기술 버전이라고 생각하세요. 엔지니어들은 수년 동안 광전기화학(PEC) 전지라고 불리는 기술을 연구해 왔습니다. 최근 연구에서 워릭 대학의 광합성 연구원인 Katharina Brinkert와 그녀의 동료들은 수치를 분석하여 PEC 세포가 달과 궁극적으로 화성에서 유용할 만큼 충분히 잘 작동할 수 있다고 제안했습니다.

Shackleton 분화구는 미래의 달 임무를 위한 잠재적인 얼음 공급원입니다. NASA의 달 정찰 궤도선이 촬영한 이 이미지에서 달의 가까운(지구를 향한) 쪽이 오른쪽에 있습니다. 왼쪽의 가색 입면도에서는 빨간색이 더 높고 파란색이 더 낮습니다.

PEC 셀은 최첨단 기술이지만 그 뒤에 숨은 원리는 매우 간단합니다. 첫째, 햇빛은 감광제라는 물질에 닿습니다. 여러 가지 다른 물질이 감광제가 될 수 있습니다. 식물은 엽록소라는 것을 사용하며 컴퓨터 칩의 중요한 구성 요소인 반도체에 사용되는 일부 재료도 감광제입니다. 감광제의 전체 임무는 화학 반응을 통해 햇빛 에너지를 다른 분자에 전달하는 것입니다.

화학을 너무 깊이 탐구하지 않고도 최종 결과는 태양에서 나오는 빛이 물 분자를 산소(호흡용)와 수소(로켓 연료용)로 분해하거나 이산화탄소를 산소와 탄소(로켓 연료용)로 분해할 수 있는 화학 반응을 촉발하는 데 도움이 된다는 것입니다. 모든 종류의 것). 그리고 Brinkert와 그녀의 동료들은 미래의 달 정착민들이 이미 달에 있는 물질로 광합성 장치를 만들 수 있을 것이라고 말합니다.

물을 구성 원자로 나누는 것은 새로운 아이디어가 아니며, 이 작업을 완료하기 위한 몇 가지 기술이 이미 존재하지만 대부분은 부피가 크고 복잡하며 비용이 많이 듭니다. PEC 세포 옹호자들은 이것이 달 정착을 지원할 만큼 충분히 확장될 수 있는 컴팩트한 대안이라고 말합니다.

국제 우주 정거장(ISS)에 있는 태양 전지판은 물 분자를 분해하여 산소를 생성하는 장치를 포함하여 선상의 모든 것에 전기를 생성합니다(재미 있는 사실: 우주 비행사가 호흡하는 산소의 일부는 재활용된 오줌에서 나옵니다). 그러나 PEC 장치에서 햇빛은 다른 장비의 전원 공급원일 뿐만 아니라 화학 반응에 직접적으로 관여합니다. ISS 설정보다 효율성은 떨어지지만 훨씬 더 작고 움직이는 부품이 적어서 달로 비행해야 하는 모든 장비에 유리합니다.

국제 우주 정거장의 태양 전지판은 전기를 생산하며, 이는 선상에서 물을 분해하는 과정에 사용됩니다. 이는 반응을 위해 햇빛을 화학 에너지로 직접 변환하는 PEC 세포와 다릅니다.

Brinkert와 그녀의 동료들은 PEC 세포가 미래의 달 정착민들이 얼음(달 남극 근처의 Shackleton Crater 그림자에 숨겨진 공급원과 같은)을 통기성 공기와 액체 수소로 전환하는 데 실제로 도움이 될 수 있는지 여부를 조사하고 싶었습니다. 이를 테스트하는 한 가지 방법은 온도부터 레골리스라고 불리는 미세한 암석 먼지의 존재까지 달의 조건을 시뮬레이션하기 위해 구축된 환경에 실제 PEC 셀을 배치하는 것이었습니다. 하지만 이를 테스트하는 더 쉬운 방법은 PEC 셀에서 발생하는 화학 반응을 온도, 셀에 도달하는 햇빛의 양, 표토의 영향과 같은 요소도 포함하는 일련의 방정식에 넣는 것이었습니다.

Nature 저널에 발표된 논문에 따르면 결과는 유망해 보입니다.

Brinkert와 그녀의 동료들은 "우리는 이러한 장치의 응용이 지구를 넘어 인간 우주 탐험의 실현에 잠재적으로 기여할 수 있다는 것을 보여주었습니다."라고 썼습니다.