في خطوة جديدة لدعم الحياة على القمر والمريخ، يعمل الباحثون في التكنولوجيا المستدامة على حصاد الطاقة الشمسية في الفضاء، والاستفادة منها في عدة أغراض، أبرزها السفر في رحلات طويلة إلى خارج كوكب الأرض، كالانتقال إلى كوكب المريخ الذي يستغرق نحو عامين عادة، وسط صعوبات تتعلق بإرسال إمدادات الوقود والأكسجين من الأرض.
وفي هذا الاتجاه، قام باحثون من جامعة “ووريك” (University of Warwick) في إنجلترا بتطوير تقنية جديدة يمكنها إنتاج الطاقة الخضراء المتجددة من خارج الغلاف الجوي للأرض تعمل على امتصاص ضوء الشمس على القمر والمريخ.
وتعد التقنية الجديدة جمعًا لمختلف آليات التمثيل الضوئي الاصطناعية، ومن المتوقع أن تعمل على تمكين العلماء من استكشاف النظام الشمسي كونها تساعد رواد الفضاء على التنفس على سطح المريخ، إضافة إلى قدرتها على إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون والحفاظ على الطاقة المستدامة في استكشاف الفضاء.
ووفقا لموقع “ذا كونفرسيشن” (The Conversation)، فإن عملية التمثيل الضوئي كانت من بدايات أشكال الحياة على كوكب الأرض، إذ يرجع عمرها إلى أكثر من 2.3 مليار سنة، وبواسطتها تتمكن النباتات من جمع ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون وتحويلها إلى أكسجين وطاقة على شكل سكريات.
أما التمثيل الضوئي الاصطناعي، فهي عملية تحاكي عملية التمثيل الضوئي الطبيعية، يتم فيها التقاط وتخزين الطاقة من ضوء الشمس في الروابط الكيميائية للوقود الشمسي، إلى جانب تقسيم الماء المحفز ضوئيا إلى هيدروجين وأكسجين، ويعمل التمثيل الضوئي الاصطناعي على تقليل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الضوء.
تطوير أجهزة التمثيل الضوئي الصناعي
ووفقا للدراسة التي نشرتها دورية “نيتشر كوميونيكيشنز” (Nature Communications)، فإن التطورات الحديثة في أجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعي قد تكون مفتاحا للبقاء والازدهار بعيدا عن الأرض، ومن هذه التطورات ما قام به العلماء في جامعة ووريك من تطوير تقنيتهم التي تعتمد على أشباه الموصلات لامتصاص ضوء الشمس على القمر والمريخ.
وحسب البيان الصحفي الصادر من جامعة ووريك، فإن التقنية المستخدمة تطوير لأجهزة التمثيل الضوئي الاصطناعي، إذ تم جمعها في جهاز واحد أثقل وزنا لكنه أكثر كفاءة، وتعمل عند درجة حرارة الغرفة، كما تقوم كل يوم بالمعالجة الكيميائية لتوليد الطاقة، وذلك لمساعدة صناعة الفضاء على أن تصبح أكثر استدامة.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن الجهاز المقترح يستخدم مواد شبه موصلة مغلفة بمحفزات معدنية بديلة للكلوروفيل في دعم التفاعل الكيميائي المطلوب لامتصاص الضوء، وتخضع التقنية لنفس العمليات التي تحافظ على النباتات حية على الأرض، فهي تحول الماء إلى أكسجين باستخدام ضوء الشمس فقط في أثناء إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون.
أيضا تتمتع هذه الأنظمة المتكاملة للتمثيل الضوئي الاصطناعي بميزة الاستخدام المباشر للطاقة الشمسية ويمكن أن توفر الوزن على الرحلات الفضائية الطويلة المدى مقارنة بالأنظمة التقليدية المستخدمة حاليا في محطة الفضاء الدولية، وهو ما يجعل السفر إلى الفضاء أكثر كفاءة.
الحاجة إلى الطاقة في الفضاء
وحسب ما ورد في بيان جامعة ووريك، فإن هناك حاجة ماسة إلى مصادر طاقة فعالة وموثوقة في الفضاء لتمكين استكشاف نظامنا الشمسي، متوقعا أن يتم تثبيت هذه التقنية على القمر والمريخ لحصاد الطاقة الخضراء للمساعدة في تشغيل الصواريخ واستكمال أنظمة دعم الحياة لإنتاج الأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى، بالإضافة إلى إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون.
ويضيف البيان إن الرؤى المكتسبة في هذه الدراسة فيما يتعلق بتحسين كفاءات الأجهزة تغذي أيضًا تحسينها للتطبيقات على الأرض وتوفر أيضًا رؤى حول أداء الخلايا الشمسية التقليدية في الفضاء.
وختمت كاتارينا برينكرت أستاذة الكيمياء المساعدة بجامعة ووريك -في تصريحها الذي تضمنه البيان- بأن “استكشاف الإنسان للفضاء يواجه التحديات نفسها التي يواجهها انتقال الطاقة الخضراء على الأرض، فكلاهما يتطلب مصادر طاقة مستدامة، مع توفر ضوء الشمس بكثرة في الفضاء، إذ أظهرنا كيف يمكن استخدام هذا المصدر لحصد الطاقة -مثل النباتات الموجودة على الأرض- لأنظمة دعم الحياة للسفر في الفضاء على المدى الطويل، إذ يمكن أن توفر هذه التقنية إنتاجا وفيرا من الأكسجين وإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون على كل من القمر والمريخ”.