Ученые Университета Уорика продемонстрировали новый метод извлечения кислорода из воды с помощью магнитов. Это невероятно важное открытие, которое значительно облегчит космическую экспансию человечества.
Проблема электролиза в невесомости
На Международной космической станции кислород вырабатывается с помощью электролизера - устройства, которое электричеством расщепляет воду на водород и кислород. Этот процесс довольно прост - в воду опускается два электрода и на них подается ток. На положительном электроде (аноде) образуются пузырьки водорода, а на отрицательном (катоде) пузырьки водорода. Расщеплять воду на кислород и водород можно даже в домашних условиях. Но в невесомости все гораздо сложнее.
Когда вы наливаете газированную воду в стакан, то видите пузырьки, газа поднимающиеся наверх. Это происходит потому, что легкий газ выталкивается весом воды. Но в невесомости нет понятий «низ» и «верх», равно как нет и веса. Соответственно, пузырьки газа не выталкиваются, а плавают подвешенными в жидкости.
В космосе водород и кислород, выделенные в процессе электролиза, остаются на электродах, так что извлекать их приходится с помощью громоздких и сложных центрифуг, создающих в аппарате электролиза искусственную силу тяжести. Ученые пришли к выводу, что использовать такую технологию в дальних миссиях, например, при полете на Марс, будет сложно и дорого. Тут-то на помощь и приходят магниты.
Электролиз с магнитами
Ученые разработали новую методику отделения газовых пузырьков от поверхности электрода в различных жидкостях с помощью неодимовых магнитов.
Технология была проверена в реальных условиях микрогравитации. Создать такие условия помогла Бременская башня Drop Tower в Германии. Это 146-метровый научный стенд, который позволяет отправлять в свободное падение ударопрочные капсулы. При падении объекты в капсуле испытывают невесомость в течение 9,2 секунды. Это не очень долгий срок, но такие эксперименты позволяют проверить, как будут проявляться те или иные явления на орбите или в дальнем космосе.
Эксперименты показали, что магнитный метод работает. Мощное магнитное поле заставляет пузырьки газа отлипать от электродов и «выталкиваться» из жидкости даже при отсутствии силы тяжести. А значит, сложные и ненадежные центрифуги больше не понадобятся.
Почему это важно?
По словам ученых, открытие позволит создать новые, более совершенные системы жизнеобеспечения для космических кораблей следующего поколения. Это крайне важная технология, которая значительно упростит отправку людей на Луну и Марс.
«Эффект имеет огромные последствия для дальнейшего развития систем разделения фаз, которые используются в долгосрочных космических полетах. Эффективное производство кислорода и водорода в системах водяного электролиза может быть достигнуто даже при отсутствии выталкивающих сил», - говорит автор исследования доктор Катарина Бринкерт из Университета Уорика.
Исследование опубликовано в журнале npj Microgravity.
