Как организовать замкнутый жизненный цикл при полете на Марс

Графика freepik.com

Летом 1959 года в московском парке «Сокольники», на знаменитой и даже легендарной уже Американской национальной выставке, яростно спорили Никита Хрущев и Ричард Никсон. Они доказывали друг другу преимущества социализма и капитализма. Диспут состоялся на стандартной американской кухне, которую привезли из-за океана, поэтому перепалка получила название «кухонной».

Посетители невиданной выставки могли попробовать экзотический напиток – пепси-колу, демонстрировался на выставке и разрезанный вдоль автомобиль «Шевроле». Но для специалистов главным экспонатом, конечно же, был геодезический купол, сооруженный американским архитектором Бакминстером Фуллером. Его имя позже станет нарицательным в связи с синтезом химиками первых фуллеренов, или пространственных 3D-сфер, составленных из 60 атомов углерода (С60). И уж совсем единицы, погруженные в римскую историю, знали, что фамилия автора «геодезии» имеет латинские корни и ее можно перевести как «прачка»…

Археологи раскопали в Помпеях «фуллонику» (fullonica) – прачечную некоего Стефануса. На работников, fulleri (у некоторых римских авторов они названы «белильщиками»), этого древнеримского предприятия бытового обслуживания горожане смотрели с плохо скрываемым презрением. Но эти «белильщики» были одними из самых высокооплачиваемых наемных рабочих.

Стирали в римских прачечных с помощью собираемой из стоков общественных лаваториев (lavatorium) «уреи» с ее высоким содержанием хлора. Подобный метод «стирки» был известен издревле в Междуречье–Месопотамии, где еще в 1600 году до н.э. была в ходу комедия «У прачек-чистильщиков». Хлор и поныне используется в качестве отбеливателя. После выдерживания одежды и тканей в большой емкости они отжимались – вручную или с помощью пресса, который в других случаях использовался для отжима оливкового масла и виноградного сока.

В конце процесса предстояло еще отбивание «стираного» на камнях или палками (что объясняет смысл английского fuller: «сукновал», «чеканить»). Сушка белья осуществлялась на солнце или над огнем, в который добавляли серу для окончательного отбеливания, почему и читаем у Марка: «Одежды Его сделались блистающими, весьма белыми, как снег, как на земле белильщик не может выбелить».

Вполне возможно, что на Луне и Марсе станции будут строиться с использованием фуллеровских куполов. Но до естественного спутника Земли и Красной планеты надо еще долететь. И в пределах долгого времени перелета встает проблема регенерации естественных отходов жизнедеятельности человека и животных, выделяющих тот же хлор. Без хлора невозможно «производство» желудочного сока и защита воздухоносных путей от микробов (при мутации хлорного «ректификатора» у людей развивается кистозный фиброз). Не следует забывать и об азоте, появляющемся в крови после распада протеинов и нуклеиновых кислот.

Все это ставит в повестку дня необходимость утилизации той же урины, с помощью которой, по мнению сотрудников университетов южнокитайской провинции Анхой и австралийской Аделаиды, можно получать… электричество. Об этом известно давно, но никто не мог предложить способа «концентрировать» выделяющиеся при ее разложении электроны. Ученые предложили новый железо-цианидный катализатор с никелем (Ni2Fe (CN) 6), локализованный на никелевой подложке-субстрате. Добавка железа и цианида CN отличает его от широко используемых никелевых катализаторов тем, что он способен непосредственно ускорять двухступенчатую реакцию разложения аммония (NH4) до азота (N2). При этом генерируется анодный ток силой 100 mA/см2 и напряжением 1,35 В.

С помощью катализатора, на этот раз родиевого (Rh), предложено также разлагать мочу с получением водорода, который сегодня получают электролизом воды с помощью дорогостоящих платиновых катализаторов. Катализатор представляет собой одиночные атомы родия, локализованные на обработанной жидким азотом поверхности оксида хрома (Cr3O4). Последний резко увеличивает энергетический барьер миграции родиевых атомов, что способствует их высокой эффективности в кислых и щелочных условиях по сравнению с платиной.

Уже при напряжении 1,28 В на водородном электроде родий генерирует ток 10 мА/см2, и это лучше, нежели платиновый показатель – 1,34 В. Новый родиевый катализатор не меняет структуры и стабилен на протяжении как минимум 100 часов работы. Экономия энергии достигает 16% по сравнению с электролизом воды. Ученые добавляют, что в мире в воду ежегодно сбрасывается до 2,2 млрд т мочи.