과학자들은 반도체와 햇빛을 이용해 마이크로중력의 상태에서 물을 산소와 수소로 전환했다. 이런 기술은 장기 우주 여행을 가능하게 할 수 있다.
연구진은 지구에서의 사용을 위해 이전에 다양한 물 분리 기술을 개발했다. 이들 중 가장 간단한 방법 중 한가지가 광촉매 작용(photocatalysis)이다. 이 기술은 전자 홀의 쌍을 만들기 위해 광자(빛의 입자), 반도체 물질 그리고 물을 사용한다.
물질이 광자를 흡수할 때, 자유전자(자유로이 움직이는 전자)가 방출된다. 이 반응으로 광자는 물에서 광자를 끌어내는데, 이것은 수소를 만들기 위해 자유전자와 결합한다. 이 때 방출된 전자로 형성된 기공은 물에서 나온 전자로 대체된다. 그리고 그것은 산소를 형성하기 위해 광자와 결합한다.
이 시스템은 우주선의 수소 연료와 우주 비행사가 숨을 쉬는 데 필요한 산소를 동시에 생산할 수 있다.
이 기술이 마이크로중력 상태에서 작용할 수 있는지를 알기 위해 과학자들은 광촉매 작용 시스템을 드롭 타워 아래로 떨어뜨렸다. 어떤 물체가 자유낙할 때, 그것은 마이크로중력과 비슷한 조건을 경험한다.
광촉매 작용은 촉매 물질 근처에서 기포 가 생성된다. 지상에서 부력은 그 기포들이 표면에 떠다니도록 한다. 그러나 마이크로중력 상태에서는 그 기포들이 여전히 촉매 물질 근처에 남는다.
과학자들은 표면에 미세한 피라미드 같은 형상을 만들어 나노크기의 증대물을 촉매 물질의 미세구조로 만들 수 있었다. 이 때 질감은 기포를 피라미드 끝으로 이동시키고 자유롭게 해준다.
연구진은 이번 주 저널 잡지 '네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 설계 변화를 상세하게 설명했다.하지만 기술은 여전히 미완성이다. 과학자들은 거품을 촉매에서 분리 할 수 있었지만 여전히 물에 남아 있다. 축적되는 거품은 수소 생산 공정의 효율을 감소시킨다.
연구진은 '더 컨버세이션(The Conversation)'에서 "이 문제에 관한 기술적인 해법은 우주에서 기술을 성공적으로 구현하는 열쇠가 될 것"이라며 "우주선을 회전시켜 원심력을 사용하여 가스를 솔루션에서 분리하는 가능성이 있다"고 썼다.
여기에는 물의 공급문제도 있다. 많은 양의 물을 발사하는 것이 많은 양의 연료를 운반하는 것보다 안전하지만 물은 무겁다. 장기간의 우주 여행에는 외부 출처가 필요하다. 결국 과학자들은 우주 채광 작업이 소행성 형태의 물을 확보할 수 있기를 희망하고 있다.
과학자들은 "이 새로운 연구 덕분에 우리는 오랫동안 지속 된 인간의 우주 비행에 한 발 더 가까이 다가 서고 있다"고 말했다.
UPI뉴스/ 김문수 기자 moonsu44@kpinews.kr
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