Если рассматривать освоение космического пространства с другой — «не гламурной» — стороны, то крайне остро стоит проблема отходов — в частности, что делать с продуктами жизнедеятельности астронавтов, выделяемыми почками. Вместо того, чтобы выводить отходы непосредственно в космическое пространство, учёные разрабатывают новую технологию, которая позволила превратить это «бремя» в благо путём преобразования мочи в топливо и столь необходимую питьевую воду. Отчет о достижениях в этом направлении, которые могут вдохновить инженеров на создание новых способов очистки городских сточных вод, был опубликован в журнале «ACS Sustainable Chemistry & Engineering».
Eduardo Nicolau, Carlos R. Cabrera и их коллеги отмечают, что отходы жизнедеятельности человека во время долгосрочных полётов в космическое пространство составляют порядка ½ всех отходов миссии. Переработка экскрементов чрезвычайно важна для поддержания чистоты окружающей среды космонавтов. В случае исчерпания всех водных запасов на борту космического корабля, переработанная моча могла бы стать существенным источником питьевой воды. Предыдущее исследование показало, что процесс очистки сточных вод, посредством технологии обратного осмоса, в комбинации с топливными элементами, может генерировать энергию.
Команда Nicolau приняла решение, основываясь на этих первоначальных результатах, разрешить проблему отходов в космосе.
Они производили сбор мочи и сточных воды для последующей обработки их с помощью обратного осмоса — способа фильтрации загрязняющих веществ из мочевины, основного компонента мочи, и воды. Их новая система Urea Bioreactor Electrochemical system (UBE) эффективно преобразует мочевину в аммиак в специальном биореакторе, в последующем преобразовывая его в энергию посредством топливных элементов. Система разрабатывалась для космических миссий, но «результаты показали, что система UBE может использоваться в любых системах очистки сточных воды, содержащих мочевину/аммиак», подытоживают исследователи.
UBE состоит из трёх отсеков. В первом, где аккумулируются отходы, производится их осмотическая очистка — моча проходит через специальную фильтрующую мембрану, не пропускающую загрязнения и органику. То есть после прохождения через первый отсек отфильтровывается порядка 80 органических веществ. Во второй отсек, по сути, попадает водный раствор мочевины. При попадании в заполненный уреазой (ферментом, преобразующим мочевину в аммиак) биореактор происходит гидролиз мочевины до аммиака, который в последующем испаряется. В конечном итоге остается лишь вода, вполне пригодная для питья.
Третий отсек устройства представлен топливной ячейкой с платиновыми катализаторами. Там испаряющийся аммиак сгорает до молекулярного азота. В ходе этого процесса выделяется энергия, которую можно использоваться для энергообеспечения орбитальной станции или космического корабля.
