แยกโมเลกุลน้ำเป็นอากาศและเชื้อเพลิงในภาวะไร้แรงโน้มถ่วงได้แล้ว

Image # 2. หยดน้ำในภาวะไร้แรงโน้มถ่วง

หนึ่งในปัญหาใหญ่ที่ทำให้มนุษย์ไม่สามารถเดินทางสู่ห้วงอวกาศลึกเป็นเวลานานหลายปีได้นั้น คือการที่มีอากาศหายใจและพลังงานสำหรับยานอวกาศสะสมไว้ไม่เพียงพอ แต่เรื่องนี้จะไม่เป็นอุปสรรคอีกต่อไป เพราะมีการค้นพบวิธีใหม่ที่ช่วยแยกโมเลกุลน้ำให้กลายเป็นก๊าซออกซิเจนและเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในอวกาศได้แล้ว

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) และองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ตีพิมพ์ผลการศึกษาดังกล่าวในวารสาร Nature Communications โดยระบุว่าใช้สารกึ่งตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ที่แช่อยู่ในน้ำ ดูดซับโฟตอนหรืออนุภาคของแสงจากดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ยานอวกาศ จนทำให้เกิดการแยกสลายโมเลกุลน้ำในภาวะไร้แรงโน้มถ่วงได้

วิธีการดังกล่าวเรียกว่า “โฟโตคะตะลิสต์” (Photo catalysts ) หรือการใช้แสงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยพลังงานจากโฟตอนจะทำให้อิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำกระโดดออกและเกิดช่องว่างในอะตอม อิเล็กตรอนอิสระที่หลุดออกมาจะทำปฏิกิริยากับโปรตอนของน้ำจนเกิดเป็นไฮโดรเจน ส่วนช่องว่างในอะตอมของสารกึ่งตัวนำจะรับเอาอิเล็กตรอนจากน้ำเข้าไป จนทำให้เกิดโปรตอนบางส่วนและออกซิเจนขึ้น

Image # 3. นักบินอวกาศImage copyrightGETTY IMAGES

ทีมผู้วิจัยทำการทดลองตกอิสระ โดยปล่อยอุปกรณ์แยกโมเลกุลน้ำด้วยโฟโตคะตะลิสต์ลงมาจากหอสูง 120 เมตร ซึ่งการตกลงมาด้วยความเร่งจะทำให้เกิดภาวะไร้แรงโน้มถ่วงเช่นเดียวกับในห้วงอวกาศ แต่ปฏิกิริยาที่ใช้แสงแยกโมเลกุลน้ำนี้ก็ยังคงเกิดขึ้นได้

แม้ก่อนหน้านี้เราจะสามารถแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) ได้มานานแล้ว แต่วิธีดังกล่าวยังไม่เหมาะต่อการใช้ผลิตพลังงานและอากาศหายใจในปริมาณมากแม้บนพื้นโลก เนื่องจากต้องมีโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่รองรับ แต่วิธีโฟโตคะตะลิสต์ใช้เครื่องมือที่มีน้ำหนักเบากว่ากันมาก

ทีมผู้วิจัยยังบอกว่า วิธีแยกโมเลกุลน้ำด้วยโฟโตคะตะลิสต์ยังสามารถทำย้อนกลับได้ โดยอาจนำไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เหลือใช้มารวมกันอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งจะทำให้เกิดพลังงานสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงและน้ำที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้