Как при помощи ветра получить воду из камня

 Александр Березин 

 Воды в космическом пространстве много и к тому же постоянно становится ещё больше — за счёт Солнца.

 Джон Брэдли (John Bradley) из Ливерморской национальной лаборатория им. Лоуренса (США) открыл новый источник воды в нашей Солнечной системе и, похоже, далеко за её пределами.

Лабораторные эксперименты его группы показали, что солнечный ветер вполне может создавать воду прямо в межпланетной пыли.

Вышеупомянутый ветер представляет собой поток высокоскоростных частиц, разбрасываемых нашим светилом во всех направлениях. Тела системы, разумеется, постоянно бомбардируются этими частицами, и малые тела вроде пылевых частиц или метеороидов могут серьёзно мпострадать от них, получив свою порцию «ветровой» эрозии. 

Углублённое изучение образцов лунного грунта в земных лабораториях 1990-х годов показало, что такая эрозия в его силикатах часто ведёт к ослаблению связей, удерживающих атомы водорода и кислорода в составе поверхностных пород. Тогда-то и возникли предположения о том, что в итоге такой бомбардировки из грунта может быть извлечена вода.

Хотя при подобном «обстреле» силикаты освободят только один атом водорода на один атом кислорода, дефицит ещё одного водородного атома поможет преодолеть тот же солнечный ветер, несущий с собой атомы водорода в виде протонов. Однако попытки найти в лаборатории подтверждение существования такого механизма давали смешанные результаты. Реакции такого рода идут медленно, и в лаборатории обнаружить их следы за короткое время очень сложно.

Группа г-на Брэдли использовала для этого спектроскопию характеристических потерь энергии электронами, включающую в себя бомбардировку образца электронным пучком. При столкновении электронов с исследуемым веществом их луч будет отклоняться с разными скоростями, демонстрируя, как много энергии было потеряно электронами при соударении, что указывает на то, с какими именно атомами пучок электронов вошёл в контакт.

В экспериментах использовались исходные минералы трёх типов: оливин, клинопроксен и анортит. Всё они достоверно представлены в космосе, поэтому их обстрел частицами водорода и гелия воспроизводил реально идущие в Солнечной системе процессы.

В образцах, которые бомбардировали водородом, вода действительно обнаруживалась, а вот в контрольных, обстреливавшихся ядрами атомов гелия — нет, что исключает альтернативные пути образования воды в проводившемся опыте.

Что ж, убедительное свидетельство образования воды в космосе просто за счёт бомбардировки солнечным ветром получено. И оно означает не только то, что на планетах, астероидах и просто пылевых частицах системы, миллиарды лет последовательно подвергавшихся воздействию ветра, наверняка скопились значительные количества такой воды. И не только то, что на полюсах и в кратерах Луны и Меркурия такой воды, по идее, может быть очень много, тем более что данные ряда зондов уже подтвердили эту гипотезу на практике. Не менее важным выводом следует считать то, что водный лёд, известный как самое распространённое твёрдое вещество во Вселенной, должен встречаться по всему объёму планетарных систем, в центре которых находится звезда главной последовательности. Иначе говоря, один из главных ингредиентов, нужных для возникновения и поддержания жизни, распространён едва ли не повсеместно.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Подготовлено по материалам The Conversation.

Группа исследователей под руководством Персиваля Чжана (Y.H. Percival Zhang) из Политехнического университета Виргинии (США) разработала перезаряжаемую батарею на основе сахаров, по удельной ёмкости во много раз превосходящую современные литий-ионные аналоги. 

«Сахар — отличное средство хранение энергии в природе, — поясняет г-н Чжан. — Вполне логично попробовать использовать его возможности, чтобы создать экодружелюбные батареи». 


Учёные использовали каскадный набор энзимов, смешанный в комбинации, не встречающейся в природе, одновременно недорогой и эффективной. 

По сути, конечная система весьма близка к водородному или прямометанольному топливному элементу. За несколькими важными отличиями: «топливом» в новой сахарной батарее служит мальтодекстрин — полисахарид, получаемый частичным гидролизом крахмала (если пожевать крахмал, вы ощутите именно его вкус). Окислителем выступает атмосферный воздух, а «выхлопом» — обычная вода. И никакой нужды в платине как катализаторе, так как её роль играют дешёвые энзимы. 

Новая энзимная батарея, равно как и её топливо, невзрывоопасна, не горит, а материалы, из которых она сделана, вполне биоразлагаемы. Батарея легко перезаряжается при помощи операции, по сложности не превосходящей замену картриджа в принтере. 

Энзимные топливные элементы, подчёркивают исследователи, не новость, но до сих пор их эффективность была не слишком высокой. Окисление сахаров в них управлялось одним или несколькими энзимами, что не позволяло полностью использовать материал в качестве топлива. В новой же установке удаётся получить гораздо больше электронов, что резко увеличивает отдачу энергии на единицу массы сахаров, хотя для этого и приходится использовать последовательно 13 видов энзимов. 

Энзимные топливные батареи с 15-процентным раствором мальтодекстрина (патоки) имеют плотность накопления энергии в 596 А•ч/кг — на порядок больше, чем у перезаряжаемых литиевых батарей, применяемых сегодня. И это не удивляет, благо и полисахариды не литий по числу электронов, и окислитель новым батареям нести не приходится, потому что они берут его прямо из воздуха.


Наилучшие перспективы для таких систем их авторам видятся в портативной электронике, где они могут обеспечить куда более длительную работу на одной зарядке. 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам Виргинского политехнического университета