Как бы ни выглядела первая колония «марсиан», ей не обойтись без кислорода
— SpaceX/Twitter.
Для долгосрочных космических миссий существуют проблемы, аналогичные зеленой энергетике на Земле: им нужны надежные, стабильные и эффективные системы для преобразования и хранения солнечной энергии. На МКС около трети энергии, производимой с помощью солнечных панелей, тратится на производство кислорода, а все системы давно устарели и часто выходят из строя. Если человечество планирует начать колонизацию Солнечной системы, потребуются более компактные и надежные системы для поддержки будущих колонистов.
Одним из рассматриваемых вариантов являются фотоэлектрохимические центры, способные превращать световую энергию в электричество и топливо. При этом они могут быть более эффективными в условиях невесомости, чем на Земле. Компактная монолитная конструкция и относительно простое устройство не только позволят легко транспортировать элементы с помощью космических кораблей, но и производить их в колониях.
Фотоэлектрохимический центр — один из двух различных классов устройств. Первый производит электрическую энергию аналогично фотовольтаической ячейке на основе красителя, которая соответствует стандартному определению фотовольтаической ячейки. Второй — фотоэлектролитическая ячейка, то есть устройство, которое использует падающий на фоточувствительный материал, полупроводник или водный металл, погруженный в электролитический раствор, свет для непосредственного вызова химической реакции, например, для производства водорода путем электролиза воды.
Оба типа устройств являются разновидностями солнечных элементов, поскольку функция фотоэлектрохимической ячейки заключается в использовании фотоэффекта (или очень похожего на него фотовольтаического эффекта) для преобразования электромагнитного излучения (обычно солнечного света) либо непосредственно в электрическую мощность, либо в то, что само по себе может быть легко использовано для производства электрической мощности (водород, например, можно сжигать для создания электрической мощности).
Фотоэлектрохимическая окислительная реакция (PECO) — процесс, при котором свет позволяет полупроводнику инициировать каталитическую окислительную реакцию. Хотя фотоэлектрохимическая ячейка обычно включает в себя как полупроводник (электрод), так и металл (счетер-электрод), при достаточно малых масштабах чистые полупроводниковые частицы могут вести себя как фотоэлектрохимические центры. Они могут использоваться для очистки воды и воздуха, а также для производства водорода.
Фотоэлектрохимические центры — очень перспективная технология, которая может быть использована для производства кислорода и топлива на других планетах. Они могут работать при низком давлении и низкой температуре, что делает их подходящими для экстремальных условий. Кроме того, они могут быть изготовлены из локальных материалов, что снижает затраты на запуск и доставку
— доктор Андрей Симонов, один из авторов статьи, исследователь из Университета Аделаиды в Австралии.
