Trạm vũ trụ Thiên Cung của Trung Quốc đã trở thành nơi thử nghiệm cho công nghệ quang hợp nhân tạo đột phá có thể cách mạng hóa việc khám phá không gian. Phi hành đoàn Thần Châu 17 gần đây đã trình diễn một hệ thống bắt chước quá trình quang hợp của thực vật để sản xuất cả oxy có thể thở được và các thành phần nhiên liệu tên lửa từ carbon dioxide và nước.
Thành tựu này đã khơi dậy cuộc thảo luận sôi nổi trong cộng đồng công nghệ, đặc biệt xung quanh những tác động rộng lớn hơn đối với việc sản xuất nhiên liệu bền vững cả trong không gian và trên Trái Đất. Công nghệ này đại diện cho một bước tiến đáng kể hướng tới việc làm cho các sứ mệnh không gian dài hạn trở nên tự cung tự cấp hơn.
Sản phẩm Quang hợp Nhân tạo:
- Đầu ra chính: Ethylene (nhiên liệu tên lửa) + Oxy
- Đầu ra thay thế với các chất xúc tác khác:
- Methane (nhiên liệu)
- Formic acid (chất bảo quản/kháng khuẩn)
- Phát triển công nghệ: Bắt đầu năm 2011, thử nghiệm không gian đầu tiên năm 2024
 |
|---|
| Một tàu vũ trụ tiên tiến đang rời khỏi nhà chứa, tượng trưng cho tương lai của việc khám phá không gian và khả năng tự cung tự cấp trong môi trường ngoài Trái Đất |
Tại Sao Điều Này Quan Trọng Hơn Cả Du Hành Vũ Trụ
Phản ứng của cộng đồng tiết lộ những hiểu biết hấp dẫn về hiệu quả năng lượng và các ứng dụng thực tế. Nhiều người đang so sánh giữa hệ thống nhân tạo này với các quá trình sinh học hiện có, lưu ý rằng trong khi thực vật có hiệu quả chuyển đổi ánh sáng mặt trời rất thấp so với các tấm pin mặt trời, hệ thống dựa trên không gian này có thể mang lại những lợi thế độc đáo cho các môi trường khép kín.
Cuộc thảo luận cũng đã làm nổi bật một cuộc tranh luận song song thú vị về nhiên liệu sinh học trên Trái Đất. Một số thành viên cộng đồng chỉ ra rằng chúng ta đã sản xuất ethanol từ ngô và biodiesel từ các loại cây trồng khác nhau, nhưng những loại này thường đòi hỏi trợ cấp và có thể có những lợi ích môi trường đáng ngờ khi xem xét toàn bộ chu kỳ sản xuất.
 |
|---|
| Tên lửa Starship của SpaceX phóng lên, tượng trưng cho những tiến bộ trong công nghệ năng lượng bền vững và khám phá không gian |
Thách Thức Kỹ Thuật và Cơ Hội
Hệ thống quang hợp nhân tạo sử dụng các chất xúc tác bán dẫn và quá trình chuyển electron để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành ethylene (một thành phần nhiên liệu tên lửa) và oxy. Điều làm cho điều này đặc biệt hấp dẫn là các chất xúc tác khác nhau có thể tạo ra methane hoặc acid formic thay thế, mang lại tính linh hoạt cho các nhu cầu sứ mệnh không gian khác nhau.
Các chuyên gia cộng đồng đã lưu ý rằng phương pháp này có thể tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các phương pháp hiện tại được sử dụng trên Trạm Vũ Trụ Quốc Tế, nơi các máy điện phân tiêu thụ tới một phần năm tổng công suất đầu ra của trạm. Việc tăng hiệu quả này có thể rất quan trọng cho các căn cứ mặt trăng và sứ mệnh sao Hỏa trong tương lai nơi việc phát điện bị hạn chế.
So sánh hiệu suất năng lượng:
- Máy điện phân ISS : Tiêu thụ tới 20% tổng công suất của trạm
- Quang hợp nhân tạo của Trung Quốc: Tuyên bố yêu cầu năng lượng thấp hơn đáng kể
- Tấm pin mặt trời so với nhiên liệu sinh học từ ngô: Các trang trại năng lượng mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn ~30 lần mỗi hecta so với các trang trại ngô
 |
|---|
| Cận cảnh của một con mắt, tượng trưng cho sự xem xét kỹ lưỡng và đổi mới trong các công nghệ sản xuất năng lượng tiên tiến |
Ứng Dụng Tương Lai và Kế Hoạch Căn Cứ Mặt Trăng
Trung Quốc có kế hoạch sử dụng công nghệ này trong căn cứ mặt trăng được đề xuất gần cực nam của mặt trăng, dự kiến hoàn thành vào năm 2028. Khả năng sản xuất nhiên liệu và oxy tại chỗ sẽ giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp của việc duy trì sự hiện diện vĩnh viễn trên mặt trăng.
Công nghệ này bắt chước quá trình quang hợp tự nhiên của thực vật xanh thông qua các phương pháp vật lý và hóa học không cần nguồn điện, sử dụng tài nguyên carbon dioxide trong không gian hạn chế hoặc bầu khí quyển ngoài trái đất để sản xuất oxy và nhiên liệu dựa trên carbon.
Cuộc thảo luận cộng đồng tiết lộ cả sự phấn khích và sự hoài nghi lành mạnh về các tuyên bố. Một số người chỉ ra rằng việc thử nghiệm trong môi trường không trọng lực không nhất thiết là môi trường phù hợp nhất cho việc sử dụng dự định của công nghệ, cho rằng cuộc trình diễn không gian có thể là để thể hiện khả năng hơn là sự cần thiết khoa học.
Lịch trình căn cứ mặt trăng của China :
- Mục tiêu hoàn thành: 2028
- Vị trí: Gần cực nam mặt trăng
- Đối tác: Dự án hợp tác với Russia
- Các nhiệm vụ được lên kế hoạch: 6 nhiệm vụ mặt trăng trong 10 năm tới
- Mục tiêu cung cấp hạt nhân của Russia : 2035
Tác Động Rộng Lớn Hơn Đối Với Sản Xuất Năng Lượng
Sự thành công của thí nghiệm này đã làm bùng phát lại các cuộc tranh luận về hệ thống sản xuất nhiên liệu nhân tạo so với sinh học. Trong khi thực vật vẫn là những bộ chuyển đổi ánh sáng mặt trời không hiệu quả, chúng mang lại lợi thế là các hệ thống tự lắp ráp có thể hoạt động với cơ sở hạ tầng tối thiểu. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng không gian nơi mỗi kilogram đều quan trọng, các hệ thống được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả trên mỗi đơn vị khối lượng có ý nghĩa hơn.
Công nghệ này cũng có thể có các ứng dụng trên mặt đất, đặc biệt trong các quá trình thu giữ và chuyển đổi carbon. Khả năng chuyển đổi hiệu quả CO2 trong khí quyển thành nhiên liệu hữu ích có thể đóng vai trò trong việc giải quyết biến đổi khí hậu trong khi sản xuất các sản phẩm năng lượng có giá trị.
Nhóm Trung Quốc đã phát triển công nghệ này từ năm 2011, nhưng các chi tiết vẫn còn hạn chế vì nghiên cứu chưa được công bố trên các tạp chí được đánh giá ngang hàng. Sự thiếu minh bạch này đã dẫn đến một số sự hoài nghi của cộng đồng, mặc dù cuộc trình diễn không gian thành công cho thấy công nghệ này có giá trị thực sự.