Przejdź do treści

Naukowcy z Caltech: zmieniamy dwutlenek węgla w tlen

Konstantinos Giapis, główny autor omawianej pracy, prezentuje reaktor, który przekształca dwutlenek węgla w tlen cząsteczkowy

Tlen jest pierwiastkiem dość powszechnym w Kosmosie, ale rzadko już występuje tam w formie, którą my, ludzie, musimy oddychać - tlen molekularny (O2). Z drugiej strony wciąż zagraża nam rosnący nadmiar szkodliwego dwutlenku węgla w ziemskiej atmosferze. Naukowcy z Caltech donoszą o stworzeniu specjalnego reaktora zamieniającego dwutlenek węgla w tlen molekularny. Jeśli wyniki te się potwierdzą, być może dostaniemy narzędzie nie tylko mogące nam pomóc w walce ze zmianami klimatu Ziemi, ale i w wytwarzaniu tlenu niezbędnego do przeżycia w przestrzeni kosmicznej.

Tlen, a w zasadzie jego brak, to dziś jedna z największych przeszkód w eksploracji Kosmosu. Ziemia jest jedynym miejscem, o którym wiemy na pewno, że zawiera ten gaz w wystarczających na nasze potrzeby ilościach. Co więcej, zabieranie go ze sobą w Kosmos jest równie kosztowne co niebezpieczne. Na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej załoga może wprawdzie oddychać bez problemu dzięki elektrolizie wody - zjawisku, w którym woda jest dzielona na swe pierwiastki składowe - ale im dalej od Ziemi, tym trudniej jest to przeprowadzać w praktyce.

Mówi się też wiele o możliwej terraformacji Marsa, czyli o uczynieniu tej planety bardziej podobną do Ziemi. Jest to jednak ogromne przedsięwzięcie, które nie będzie raczej wykonywalne zdalnie, o ile w ogóle okaże się możliwe do realizacji. A i na Marsie będziemy ostatecznie musieli stawić czoła problemowi z brakiem tlenu do oddychania.

Naukowcy z Caltech szukają więc całkiem nowych sposobów wytwarzania tlenu. W rezultacie stworzyli jak na razie reaktor, który w pewnym sensie działa bardzo prosto - pobiera dwutlenek węgla CO2, a następnie usuwa z niego… węgiel. Zostaje więc tlen molekularny. Zespół odkrył, że jeśli będziemy bombardować dwutlenkiem węgla jakąś obojętną chemicznie powierzchnię, na przykład cienką folię ze złota, molekuła CO2 może zostać podzielona, tworząc cząsteczkowy tlen i węgiel atomowy.

Co ciekawsze, zdaniem naukowców reaktor ten działa podobnie jak akcelerator cząstek. Cząsteczki CO2 są najpierw jonizowane, a następnie przyspieszane za pomocą pola elektrycznego, po czym zderza się je ze złotą powierzchnią. W swej obecnej postaci wydajność urządzenia jest niestety dość niska - powstaje w ten sposób tylko około jednej do dwóch cząsteczek tlenu na każde 100 przyspieszonych cząsteczek CO2 - ale są szanse na rozwinięcie tej koncepcji w kierunku reaktora o znacznie większej wydajności.

Opisywane zjawisko zachodzi też zresztą w naturze. Omawiane badania są wynikiem wcześniejszej  próby wyjaśnienia nieoczekiwanego odkrycia molekularnego tlenu pokrywającego… kometę. Po tym, jak sonda Rosetta wykryła gaz wypływający z komety 67P, długo wierzono, że jest to obecny tam tlen, związany w skalistym materiale przed miliardami lat. Jednak w roku 2017 zespół z Caltech zaproponował inne możliwe rozwiązanie tego problemu: tlen kometarny powstaje, gdy określone związki chemiczne uderzają w kometę z dużymi prędkościami. Po wyemitowaniu cząsteczek wody lub dwutlenku węgla przez kometę ciśnienie wiatru słonecznego może je następnie przyspieszyć i zrzucić z powrotem na tę kometę, co z kolei prowadzi do pojawienia się tam tlenu w postaci cząsteczkowej.

W przyszłości reaktor “tlenowy” może zostać wykorzystany do produkcji tlenu dla astronautów podróżujących na Księżyc, Marsa lub jeszcze dalej. Ale jeszcze ważniejsze może być jego zastosowanie na Ziemi - urządzenie takie może nam się przydać do usuwania CO2 z atmosfery i przekształcania go w tlen, co ma w zamierzeniu pomóc nam w walce z niekorzystnymi zmianami klimatu. Oczywiście nie jest to pewne i pozostaje jeszcze wiele do zrobienia w tej dziedzinie - ale sama możliwość wygląda zdaniem naukowców obiecująco.

Czytaj więcej:

Źródło: Caltech

Na zdjęciu: Konstantinos Giapis, główny autor omawianej pracy, prezentuje reaktor, który przekształca dwutlenek węgla w tlen cząsteczkowy. Źródło: Caltech