นักวิทยาศาสตร์ทดสอบแยกโมเลกุลน้ำเป็นอากาศและเชื้อเพลิงในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

Share

ปัจจุบัน หน่วยงานด้านอวกาศทั้งภาครัฐและเอกชนต่างให้ความสนใจและมีการวางแผนการส่งมนุษย์ขึ้นไปสำรวจดาวอังคารเป็นจำนวนมาก ความท้าทายหนึ่งของภารกิจสำรวจอวกาศต้องเผชิญก็คือ ปริมาณแก๊สออกซิเจน (O2) สำหรับใช้หายใจและผลิตพลังงานไฟฟ้าภายในยานมีปริมาณจำกัด ซึ่งส่งผลต่อการเดินทางระยะยาวในอวกาศ

 

        การศึกษาล่าสุดซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications เผยความเป็นไปได้ในการผลิตแก๊สออกซิเจนด้วยวิธีการแตกตัวของน้ำ (H2O) โดยการใช้สารกึ่งตัวนำ (semiconductor) และแสงอาทิตย์ ในสภาวะไร้น้ำหนัก ซึ่งถ้าสำเร็จ นอกจากนักบินอวกาศจะมีปริมาณแก๊สออกซิเจนสำหรับใช้หายใจที่เพียงพอแล้ว กระบวนการดังกล่าวยังผลิตแก๊สไฮโดรเจน (H2) เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานอวกาศได้อีกด้วย รวมถึงประโยชน์ทางอ้อมในการใช้น้ำเป็นแหล่งผลิตเชื้อเพลิงให้เครื่องยนต์ ก็ช่วยสามารถลดอันตรายที่อาจเกิดจากการระเบิดของยานอวกาศอีกด้วย

 

        ปกติแล้ว กระบวนการแตกตัวของน้ำให้ได้แก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจน ทำได้ 2 วิธี ได้แก่ กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) โดยใช้สารละลายที่มีประจุและโซลาร์เซลล์เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าช่วยให้เกิดกระบวนการแตกตัวของน้ำ แต่วิธีดังกล่าวยังไม่เหมาะต่อการใช้ผลิตพลังงานและอากาศปริมาณมากแม้บนพื้นโลก และกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง (Photocatalytic) โดยการให้สารกึ่งตัวนำเป็นตัวดูดซับพลังงานแสงและกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของน้ำให้แตกตัว ซึ่งข้อดีของกระบวนการดังกล่าวคือจะเกิดหมุนเวียนเป็นวัฏจักรซำ้ๆ นั่นหมายความว่า กระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสง จะช่วยประหยัดปริมาณเชื้อเพลิงและแก๊สต่างๆที่ต้องบรรทุกเพื่อใช้เดินทางในอวกาศได้เป็นอย่างดี

 

        แต่เพื่อให้เกิดความมั่นใจว่ากระบวนการดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้จริงในอวกาศ นักวิทยาศาสตร์จึงทดลองทำกระบวนการแตกตัวของน้ำในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ (microgravity) โดยการหย่อนชุดทดลองให้ตกลงจากตึกสูง 120 เมตร เพื่อให้เกิดสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงคล้ายกับอวกาศ และพบว่าในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ ฟองแก๊สที่เกิดขึ้นในกระบวนการแตกตัวของน้ำในชุดทดลองจะไม่ลอยขึ้นเหนือน้ำและหลุดสู่อากาศเหมือนการทดลองปกติบนพื้นโลก แต่จะลอยอยู่ในน้ำคล้ายกับโฟมและขัดขวางการเกิดกระบวนการแตกตัวของน้ำ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดว่าในสภาวะแวดล้อมจริงในอวกาศ นักบินอวกาศอาจต้องใช้การหมุนของยานอวกาศให้เกิดการสร้างแรงหนีศูนย์กลางซึ่งช่วยให้ฟองแก๊สที่เกิดขึ้นลอยหลุดออกมา และกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเชิงแสงจะยังคงเกิดขึ้นได้ปกติ

 

 

อ้างอิง :

[1] https://www.sciencealert.com/scientists-just-showed-its-possible-to-split-water-into-hydrogen-and-oxygen-in-space

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Photocatalytic_water_splitting

[3] https://science.howstuffworks.com/oxygen-made-aboard-spacecraft.htm

 

เรียบเรียง : นายเจษฎา กีรติภารัตน์ 

เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

ศูนย์บริการวิชาการและสื่อสารทางดาราศาสตร์