Watafiti Wanachunguza Jinsi ya kufikia Mifumo Endelevu ya Maji kwa Nafasi

Uingereza - Shirika la Habari la Ekhbary

Watafiti Wanachunguza Jinsi ya kufikia Mifumo Endelevu ya Maji kwa Nafasi

Matakwa ya wanadamu yanapoenea kuelekea kuanzisha uwepo wa kudumu katika anga za juu, utoaji wa maji safi na ya kuaminika ya kunywa huibuka kama sharti la msingi. Iwe kwa makazi kwenye Mwezi, besi kwenye Mars, au vituo vya anga za juu vya mbali, maji si starehe tu bali ni kiini cha uhai. Hii inazidishwa na ukweli mgumu wa ugunduzi wa anga za juu, ambapo rasilimali ni chache na misheni za kuongezea tena ni za gharama kubwa, zinazotumia muda mwingi, au zote mbili. Kutegemea Dunia kwa usambazaji endelevu wa maji ni mfumo usio endelevu kwa juhudi za muda mrefu za nje ya dunia.

Utegemezi kamili wa mwili wa binadamu kwa maji, na kuishi kwa siku tatu tu bila hayo, unasisitiza jukumu lake muhimu. Zaidi ya mahitaji ya unywaji binafsi, maji ni muhimu kwa kuzalisha oksijeni inayoweza kupumuliwa kupitia electrolysis, kulima mimea inayoweza kuliwa katika mazingira yaliyodhibitiwa, na kudumisha viwango vya msingi vya usafi ndani ya makazi yaliyofungwa. Ili kukidhi mahitaji haya mengi, maendeleo ya mifumo changamano ya mzunguko uliofungwa (Closed-Loop Systems) ni muhimu sana – mifumo inayoweza kutoa maji safi mara kwa mara kwa miezi, hata miaka, bila uhitaji wa kuongezea kutoka nje.

Mchango muhimu katika eneo hili unatokana na utafiti wa hivi karibuni uliochapishwa katika *Water Resources Research*. Makala hii inachunguza maendeleo yaliyofanywa, ikitaja Mfumo wa Udhibiti wa Mazingira na Usaidizi wa Maisha (ECLSS) kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga (ISS) kama mfano mkuu. ECLSS imeonyesha ufanisi wa ajabu, ikipata takriban 93% ya maji ambayo wanaanga hupoteza kupitia mkojo, jasho, na kupumua. Hata hivyo, waandishi wa utafiti wanasisitiza kwamba licha ya mafanikio haya, changamoto kubwa zinaendelea. Wanatetea uchunguzi wa njia nyingi za ubunifu ili kutambua mifumo endelevu ya maji (Sustainable Water Systems - SWS) ambayo sio tu yenye ufanisi mkubwa wa nishati na kudumu, lakini pia ina uwezo wa kutoa usambazaji thabiti na wa kuaminika wa maji ya kunywa katika mazingira ya nje ya dunia.

Mapitio haya ya kina yaliongozwa na David Bamidele Olawade, mtafiti wa afya ya umma aliyeunganishwa na Chuo Kikuu cha East London, Medway NHS Foundation Trust, na York St John University. Alijiunga na James O. Ijiwade, mtafiti wa Sayansi ya Mazingira na Nanoteknolojia kutoka Chuo Kikuu cha Ibadan, Nigeria, na Ojima Zechariah Wada, mtafiti wa baada ya udaktari aliyealamu katika usimamizi wa maji na bioteknolojia ya mazingira katika Chuo Kikuu cha Hamad Bin Khalifa, Qatar. Utaalam wao wa pamoja unatoa mtazamo wa kitaaluma mbalimbali juu ya ugumu wa uendelevu wa maji katika anga za juu.

Wakati ECLSS ya ISS inatumika kama ramani ya thamani kwa ajili ya kurejesha maji kwa mzunguko uliofungwa, mapungufu yake kwa misheni za baadaye za anga za juu ni dhahiri. ISS inafaidika kutokana na uwezo wa kuongezea haraka kutoka Dunia, lakini mizigo ya vifaa na kifedha ni kubwa. Makadirio rasmi yanaonyesha kuwa kusafirisha kilo moja tu ya maji kunaweza kugharimu makumi ya maelfu ya dola, na gharama huongezeka kwa kasi kwa misheni kwa miili ya mbinguni zaidi. Mbali na gharama kubwa, uwezo mdogo wa mzigo wa vyombo vya anga za juu hufanya mambo kuwa magumu zaidi, na hivyo kupunguza kwa kiasi kikubwa wingi wa mizigo, ikiwa ni pamoja na maji, ambayo yanaweza kusafirishwa.

Zaidi ya hayo, mifumo ya sasa kama ECLSS hutumia nishati nyingi, ikiwafanya wasiwezekane kwa matumizi zaidi ya Mzunguko wa Chini wa Dunia (LEO). Viwango vyao vya ufanisi pia havitoshi kwa uendelevu usio na kikomo. Uchimbaji wa rasilimali katika maeneo ya nje ya dunia huleta changamoto za kipekee, ikiwa ni pamoja na microgravity, hali ya utupu, mabadiliko makali ya joto, vikwazo vya uzito, na shida katika uchambuzi wa data na mawasiliano. Katika mazingira ya mbali, kama vile nguzo za mwezi au anga za juu, ambapo nishati ya jua inapatikana mara kwa mara kutokana na vipindi virefu vya giza, maendeleo ya vyanzo mbadala na vya kuaminika vya nishati ni muhimu.

Matengenezo pia ni jambo muhimu. Mifumo ya kawaida ya kuchakata maji huwa na kutu na uchakavu kwa muda. Kwa misheni za muda mrefu, uwezo wa kufanya matengenezo ya mara kwa mara umepunguzwa sana, na kufanya kudumu na uimara wa mfumo kuwa muhimu sana. Ili kushinda vikwazo hivi, Olawade na wenzake walichunguza maendeleo ya hivi karibuni katika teknolojia za uchujaji, njia mpya za kuua viini, na usimamizi wa mifumo ya kiotomatiki. ECLSS ya ISS inatoa msingi, lakini mifumo ya baadaye lazima iundwe kwa ufanisi zaidi wa nishati na upinzani ulioimarishwa dhidi ya uharibifu katika mazingira magumu ya anga za juu.

Watafiti wanatilia mkazo kwa nguvu umuhimu wa Utumiaji wa Rasilimali za Ndani (In-Situ Resource Utilization - ISRU) – mazoezi ya kupata na kutumia nyenzo zinazopatikana kwenye tovuti. ISRU ni msingi wa mipango ya baadaye ya uchunguzi wa mwezi na Mars. Kwa mfano, Mpango wa Artemis wa NASA unalenga kuanzisha kituo cha mwezi katika Bonde la Aitken la Ncha ya Kusini, lenye rasilimali nyingi, eneo linalojulikana kwa vishimo vingi. Kituo cha Kimataifa cha Utafiti wa Mwezi (ILRS) cha China na maono ya Shirika la Anga la Ulaya la Kijiji cha Mwezi cha Kimataifa pia hulenga eneo hili, hasa kutokana na uwepo uliothibitishwa wa barafu nyingi za maji ndani ya maeneo yenye kivuli cha kudumu (PSRs).

Mazingatio sawa ya kimkakati huongoza upangaji wa misheni za Mars. Wachunguzi wa roboti wametumia miaka mingi kutambua vyanzo vya maji vinavyowezekana kwenye uso wa Mars, hasa katika latitudo za kati. Hata hivyo, uchimbaji na utakaso wa maji ya nje ya dunia huleta changamoto kubwa za kiufundi na vifaa. Hii ni pamoja na kuendeleza vifaa maalum vinavyoweza kufikia na kuchakata akiba za maji zinazoweza kuzikwa chini ya regolith ya Mars. Zaidi ya hayo, ubora wa maji ya chini ya ardhi kwenye Mars ni wasiwasi, na viwango vya juu vya perchlorate na misombo mingine hatari ya kikaboni inayohitaji mbinu za juu za utakaso ili kuifanya salama kwa matumizi ya binadamu na mifumo ya kusaidia maisha.

Kwa hivyo, mifumo ya juu ya uchimbaji na utakaso ni muhimu, pamoja na mifumo ya nguvu ambayo ni sawa kwa uendelevu, kudumu, na imebadilishwa kwa hali kali za nje ya dunia. Kwa kifupi, mifumo ya maji ya anga za juu lazima iwe ya mzunguko uliofungwa, yenye ufanisi mkubwa, imara, na inayohitaji nguvu kidogo. Ili kushughulikia mahitaji makubwa ya nishati ya mifumo ya uchimbaji na utakaso, utafiti unachunguza matumizi mbalimbali ya nishati ya jua na jua-joto. Hizi zinaweza kutoa nguvu kwa michakato muhimu kama vile kupampu maji, kuondoa chumvi (kwa kutumia mbinu kama vile osmosis ya nyuma au electrodialysis), na utakaso (kupitia photocatalysis au uchujaji wa hali ya juu). Mifumo kama hiyo iliyosambazwa ni bora kwa makazi ya nje ya dunia ambapo mimea ya nguvu kubwa haiwezekani.

Mifumo ya jua-joto, ambayo hubadilisha mionzi ya jua kuwa joto, hutoa matumizi mengi kutoka kwa distillation ya jua hadi kuondoa chumvi. Suluhisho za mseto za photovoltaic-thermal (PV-T) zinaweza kuongeza ufanisi zaidi kwa kuzalisha umeme kwa pampu na vichungi kwa wakati mmoja, huku pia ikizalisha joto kwa ajili ya matibabu ya maji. Hata hivyo, utegemezi wa nishati ya jua hukabiliwa na vikwazo, hasa katika maeneo ya mwezi yenye giza la muda mrefu na kwenye Mars, ambayo hupokea mionzi ya jua kidogo sana kuliko Dunia (takriban 43% hadi 60%). Kwa kusudi hili, watafiti pia wanachunguza uwezo wa vinu vya nyuklia vya msimu mdogo. Hivi sasa vinazingatiwa kwa besi za mwezi na Mars za baadaye, zikionyeshwa na mpango wa KRUSTY wa NASA (Kilopower Reactor Using Stirling Technology).

Utafiti pia unazingatia maendeleo ya hivi karibuni katika bioreactors na uhandisi wa kijenetiki, ambayo inaweza kutoa suluhisho za ubunifu kwa ajili ya usindikaji wa maji na usimamizi wa taka katika anga za juu. Maendeleo katika maeneo haya yaliyounganishwa ni muhimu kwa kuwezesha makazi endelevu ya binadamu zaidi ya Dunia na kuhakikisha ustawi wa wawindaji wa anga za juu wa baadaye.

Shirika la Habari la Ekhbary