Projekt APACE – nowe, inspirowane naturą, kosmiczne źródło energii

Naukowcy, w ramach projektu APACE, opracowują nowe, rewolucyjne sposoby pozyskiwania energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej, inspirowane fotosyntezą.

Nowa technologia projektu APACE, bezpośrednio przekształcałaby światło słoneczne w wiązki laserowe, ułatwiając transfer energii na duże odległości, na przykład między satelitami, z satelitów do baz księżycowych, a nawet z powrotem na Ziemię. Rozwiązanie to było inspirowane sposobem, w jaki bakterie, rośliny i inne organizmy przekształcają energię świetlną w energię chemiczną – proces znany jako fotosynteza. Wzorowanie się przez badaczy na naturalnych struktur fotosyntetycznych będzie kluczowym elementem nowej technologii laserowej.

Jeśli ich innowacyjna technologia odniesie sukces, może pomóc agencjom kosmicznym w zasilaniu przyszłych przedsięwzięć, takich jak bazy księżycowe lub misje na Marsa, a także otworzyć nowe ścieżki dla naziemnej bezprzewodowej transmisji energii i zrównoważonych rozwiązań energetycznych na całym świecie.

Projekt APACE jest prowadzony przez naukowców z Heriot-Watt University w Wielkiej Brytanii, w celu opracowania nowego typu lasera zasilanego energią słoneczną, który zapewniłby niezawodne i wydajne zasilanie dla rosnącej liczby satelitów i przyszłych misji kosmicznych.

System miałby wykorzystywać anteny zaprojektowane na wzór systemów fotosyntetycznych bakterii, które są niezwykle wydajne w pochłanianiu światła słonecznego z otoczenia, a następnie kierowaniu zebranej energii do pożądanego miejsca docelowego.

Inżynierowie planuje najpierw zrealizować swój pomysł w warunkach laboratoryjnych, zanim przetestują i udoskonalą jego przydatność do wdrożenia w środowisku kosmicznym. Ich zdaniem pierwszy prototyp będzie gotowy do testów w ciągu trzech lat.

Naukowcy rozpoczną od wyizolowania i zbadania naturalnego mechanizmu zbierania światła przez określone typy bakterii, które ewoluowały, aby przetrwać w warunkach bardzo niskiego oświetlenia. Organizmy te wytworzyły wyspecjalizowane molekularne struktury podobne do anten, które mogą przechwytywać i kierować prawie każdy foton światła, które otrzymają – co czyni je najbardziej wydajnymi kolektorami słonecznymi w przyrodzie.

Naukowcy opracowują sztuczne wersje tych struktur oraz nowe materiały laserowe, które mogłyby współpracować zarówno z naturalnymi, jak i sztucznymi źródłami światła. Komponenty te zostaną następnie połączone w nowy rodzaj materiału laserowego i przetestowane w większych systemach.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych półprzewodnikowych paneli słonecznych, które przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną, system inspirowany biologią opiera się na platformie organicznej z potencjałem do możliwej replikacji w kosmosie. Zdaniem inżynierów pozwoliłoby to na bezpośrednią dystrybucję energii bez polegania na elektrycznym pośredniku.

 „Zrównoważone wytwarzanie energii w przestrzeni kosmicznej, bez polegania na nietrwałych komponentach dostarczanych z Ziemi, jest dużym wyzwaniem. Jednak organizmy żywe są ekspertami w byciu samowystarczalnymi. Projekt APACE nie tylko czerpie inspirację z biologii, ale idzie o krok dalej, wykorzystując funkcjonalność, która już istnieje w fotosyntetycznej budowie bakterii, a to może doprowadzić nas do stworzenia nowego kosmicznego źródła energii. Projekt ma na celu opracowanie nowego typu lasera zasilanego światłem słonecznym. Zwykłe światło słoneczne jest zwykle zbyt słabe, aby bezpośrednio zasilać laser, ale te specjalne bakterie są niezwykle wydajne w zbieraniu i kierowaniu go przez ich ewolucyjnie zaprojektowane nardządy zbierające światło, które mogą skutecznie wzmocnić strumień energii ze światła słonecznego do centrum reakcji o kilka rzędów wielkości. Nasz projekt wykorzysta ten poziom wzmocnienia do przekształcenia światła słonecznego w wiązkę laserową bez polegania na komponentach elektrycznych” – mówi Erik Gauger z Heriot-Watt University.

„Wiemy już, że możliwe jest hodowanie bakterii w przestrzeni kosmicznej, na przykład dzięki badaniom prowadzonym na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Niektóre wytrzymałe bakterie przetrwały nawet ekspozycję na otwartą przestrzeń kosmiczną! Jeśli naszą nową technologię uda się zbudować i wykorzystać na stacjach kosmicznych, może ona pomóc w lokalnym generowaniu energii, a nawet zaoferować sposób wysyłania energii do satelitów lub z powrotem na Ziemię za pomocą wiązek lasera podczerwonego. Technologia ta może potencjalnie zrewolucjonizować sposób zasilania operacji kosmicznych, czyniąc eksplorację bardziej zrównoważoną, jednocześnie rozwijając technologię czystej energii na Ziemi. Wszystkie główne agencje kosmiczne planują misje księżycowe lub marsjańskie, a my mamy nadzieję pomóc w ich zasilaniu” – podsumowuje.

Emil Gołoś