NASA
O astronauta Eugene Cernan, o último homem na Lua
A vida na Terra deve a sua existência à fotossíntese – um processo que tem 2,3 mil milhões de anos.
Essa reação imensamente fascinante (e ainda não totalmente compreendida) permite que plantas e outros organismos recolham luz solar, água e dióxido de carbono enquanto os convertem em oxigénio e energia na forma de açúcar.
A fotossíntese é uma parte tão integral 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.
Um novo artigo, publicado na Nature Communications, revela que os recentes avanços na fotossíntese artificial podem ser a chave para sobrevivermos e prosperarmos longe da Terra.
A necessidade humana de oxigénio torna as viagens espaciais complicadas. As restrições de combustível limitam a quantidade de oxigénio que podemos carregar connosco, principalmente se quisermos fazer viagens de longa distância para a Lua e Marte. Uma viagem só de ida a Marte geralmente demora cerca de dois anos, o que significa que não podemos enviar facilmente recursos da Terra.
Já existem maneiras de produzir oxigénio reciclando dióxido de carbono na Estação Espacial Internacional. A maior parte do oxigénio da EEI vem de um processo chamado “eletrólise”, que usa eletricidade dos painéis solares da estação para dividir a água em gás hidrogénio e oxigénio, que os astronautas respiram.
Mas essas tecnologias não são confiáveis, ineficientes, pesadas e difíceis de manter. O processo de geração de oxigénio, por exemplo, requer cerca de um terço da energia total necessária para operar todo o sistema da ISS, suportando “controlo ambiental e suporte à vida”.
Caminhos a seguir
A busca por sistemas alternativos que possam ser empregados na Lua e em viagens a Marte está, portanto, em andamento. Uma possibilidade é recolher energia solar (que é abundante no Espaço) e usá-la diretamente para produção de oxigénio e reciclagem de dióxido de carbono com 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 EEI.
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 libertada durante o processo de captura de energia solar diretamente para catalisar (iniciar) as reações químicas – acelerando-as. Além disso, a fiação complexa e a manutenção podem ser significativamente reduzidas.
A pesquisa produziu 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.
A análise mostra que estes dispositivos seriam de facto viáveis para complementar as tecnologias existentes de suporte à vida, como o conjunto do gerador de oxigénio empregado na EEI. 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).
Existem outras abordagens também. Por exemplo, podemos produzir oxigénio diretamente do solo lunar (regolito). Mas isso requer altas temperaturas para funcionar.
Dispositivos artificiais de fotossíntese, por outro lado, poderiam operar na temperatura ambiente nas pressões encontradas em Marte e na Lua. Isso significa que eles poderiam ser usados diretamente nos habitats e usando a água como principal recurso.
Isso é particularmente interessante, dada a presença estipulada de água gelada na cratera lunar Shackleton, que é um local de pouso previsto em futuras missões lunares.
Em Marte, a atmosfera é composta por quase 96% de dióxido de carbono – aparentemente ideal para um dispositivo de fotossíntese artificial. Mas a intensidade da luz no planeta vermelho é mais fraca do que na Terra devido à maior distância do Sol.
Então isso representaria um problema? Na verdade, os cientistas calcularam a intensidade da luz solar disponível em Marte e mostraram que podemos de facto usar esses dispositivos lá, embora os espelhos solares se tornem ainda mais importantes.
A produção eficiente e confiável de oxigénio e outros produtos químicos, bem como a reciclagem de dióxido de carbono a bordo de naves espaciais e em habitats, é um tremendo desafio que precisamos de dominar para missões espaciais de longo prazo.
Os sistemas de eletrólise existentes, operando em altas temperaturas, requerem uma quantidade significativa de entrada de energia. E os dispositivos para converter dióxido de carbono em oxigénio em Marte ainda estão no início, sejam eles baseados na fotossíntese ou não.
Portanto, são necessários vários anos de intensa pesquisa para poder usar esta tecnologia no espaço. Copiar as partes essenciais da fotossíntese da natureza pode dar-nos algumas vantagens, ajudando-nos a realizá-las num futuro não muito distante.
ZAP // The Conversation
