Colônias espaciais: como a fotossíntese artificial pode ser a chave para a vida além da Terra

7 de junho de 2023

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por Katharina Brinkert, A conversa

A vida na Terra deve sua existência à fotossíntese – um processo que tem 2,3 bilhões de anos. Essa reação imensamente fascinante (e ainda não totalmente compreendida) permite que plantas e outros organismos colham luz solar, água e dióxido de carbono enquanto os convertem em oxigênio e energia na forma de açúcar.

A fotossíntese é uma parte tão integrante do funcionamento da Terra que a consideramos natural. Mas quando olhamos para além do nosso próprio planeta em busca de lugares para explorar e nos estabelecer, fica óbvio o quão raro e valioso é o processo.

Como meus colegas e eu investigamos em um novo artigo, publicado na Nature Communications, os recentes avanços na fotossíntese artificial podem ser a chave para sobreviver e prosperar longe da Terra.

A necessidade humana de oxigênio torna as viagens espaciais complicadas. As restrições de combustível limitam a quantidade de oxigênio que podemos carregar conosco, principalmente se quisermos fazer viagens de longa distância à Lua e a Marte. Uma viagem só de ida a Marte geralmente leva cerca de dois anos, o que significa que não podemos enviar facilmente suprimentos de recursos da Terra.

Já existem maneiras de produzir oxigênio reciclando dióxido de carbono na Estação Espacial Internacional. A maior parte do oxigênio da ISS vem de um processo chamado "eletrólise", que usa eletricidade dos painéis solares da estação para dividir a água em gás hidrogênio e gás oxigênio, que os astronautas respiram. em água e metano.

Mas essas tecnologias não são confiáveis, ineficientes, pesadas e difíceis de manter. O processo de geração de oxigênio, por exemplo, requer cerca de um terço da energia total necessária para executar todo o sistema da ISS, suportando "controle ambiental e suporte à vida".

A busca por sistemas alternativos que possam ser empregados na Lua e em viagens a Marte está, portanto, em andamento. Uma possibilidade é colher energia solar (que é abundante no espaço) e usá-la diretamente para produção de oxigênio e reciclagem de dióxido de carbono em apenas um dispositivo.

A única outra entrada em tal dispositivo seria a água – semelhante ao processo de fotossíntese que ocorre na natureza. Isso contornaria configurações complexas onde os dois processos de colheita de luz e produção química são separados, como na ISS.

Isso é interessante, pois pode reduzir o peso e o volume do sistema – dois critérios-chave para a exploração espacial. Mas também seria mais eficiente.

Poderíamos usar energia térmica (calor) adicional liberada durante o processo de captura de energia solar diretamente para catalisar (iniciar) as reações químicas – acelerando-as. Além disso, fiação complexa e manutenção podem ser significativamente reduzidas.

Produzimos uma estrutura teórica para analisar e prever o desempenho desses dispositivos integrados de "fotossíntese artificial" para aplicações na Lua e em Marte.

Em vez da clorofila, responsável pela absorção de luz nas plantas e algas, esses dispositivos usam materiais semicondutores que podem ser revestidos diretamente com catalisadores metálicos simples que suportam a reação química desejada.

Nossa análise mostra que esses dispositivos seriam de fato viáveis ​​para complementar as tecnologias existentes de suporte à vida, como o conjunto do gerador de oxigênio empregado na ISS. Este é particularmente o caso quando combinado com dispositivos que concentram a energia solar para alimentar as reações (espelhos essencialmente grandes que focalizam a luz solar incidente).