Research press release

化学:微小重力状態での水の分解

Nature Communications

Chemistry: Splitting water in microgravity

無重力に近い状態で光によって水を分解し、水素と酸素を生成する方法を実証したことを報告する論文が、今週掲載される。今回の研究は、水を使って各種装置の駆動燃料と呼吸に適した酸素を生成できることから、長期宇宙飛行に応用できる可能性がある。

植物は、光と水を燃料と酸素に変換できる。科学者たちは、人工光合成を用いて、この自然の過程を模倣し、さらに改良を加えて、再生可能エネルギーを大々的に利用したいと考えている。この技術の地上での応用は拡大しているが、長期間の宇宙飛行での利用を探究する活動は行われていなかった。

今回、Katharina Brinkertたちの研究グループは、無重力に近い状態で光を使って水を分解する動作効率の高い光電気化学電池を開発した。Brinkertたちは、落下塔で一連の実験を行って、宇宙空間の無重力に近い環境をシミュレーションし、宇宙空間で太陽光を使って水を分解する方法を探究した。その結果、無重力状態では水面からの気泡の除去が制限を受けるため、光による水の分解活動が低下することが分かった。これに対して、Brinkertたちは、電池内部のナノスケールの特徴の形状を調整することで、気泡の放出に成功し、低重力状態での水分解活動を維持した。

Brinkertたちの新技術からは、長期宇宙飛行に用いる生命維持システムの改善と拡張がもたらされる可能性が示唆されている。また、今回の研究からは、地上用の光を用いた水分解装置の改良に関する手掛かりも得られた。

The light-driven splitting of water in near-zero gravity to produce hydrogen and oxygen is demonstrated in Nature Communications this week. The research may have applications for long-term space-faring journeys, where water could be used to produce both device-powering fuel and breathable oxygen.

Plants are able to convert light and water into fuel and oxygen. Scientists hope to mimic and improve upon this natural process using artificial photosynthesis for large-scale renewable energy utilization. Although this technology has experienced growth for Earth-bound applications, there has been no work exploring its use for long-term space voyages.

Katharina Brinkert and colleagues developed an efficiently operating photoelectrochemical cell capable of splitting water using light in near-zero gravity. The authors performed a series of experiments in a drop tower to simulate the near-zero gravity environment of space to explore how solar water splitting might operate in space. They found that the lack of gravity would reduce light-driven water splitting activities owing to limited bubble removal from surfaces. However, by adjusting the shape of nanoscale-features in the cell, the authors enabled bubble release, retaining water-splitting activities in low-gravity.

The authors suggest that this technology could lead to improvements and extensions of life support systems for long-duration space voyages. This work also provides insight into how terrestrial light-driven water-splitting devices could be improved.

doi: 10.1038/s41467-018-04844-y | 英語の原文

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

注目のハイライト

メールマガジンリストの「Nature 関連誌今週のハイライト」にチェックをいれていただきますと、毎週最新のNature 関連誌のハイライトを皆様にお届けいたします。

プライバシーマーク制度