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Exploiter la lumière du soleil pour lutter contre le réchauffement climatique

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Exploiter la lumière du soleil pour lutter contre le réchauffement climatique

Dans le nouveau procédé, l’air est dirigé à travers un liquide pour capter le dioxyde de carbone. Si le liquide est irradié par la lumière, des gaz à effet de serre sont à nouveau libérés et peuvent être collectés. crédit:
ETH Zurich

Pour atténuer le réchauffement climatique, des réductions significatives des émissions de gaz à effet de serre sont nécessaires. Cela inclut l’élimination progressive des combustibles fossiles et l’adoption de technologies économes en énergie.

Cependant, la simple réduction des émissions ne suffit pas pour atteindre les objectifs climatiques. Il est également important d’éliminer de grandes quantités de dioxyde de carbone de l’atmosphère, de le stocker sous terre ou de le réutiliser dans l’industrie comme matériau neutre en carbone. Bien que les technologies actuelles de captage du carbone soient efficaces, elles sont gourmandes en énergie et coûteuses.

C'est pourquoi des chercheurs de l'ETH Zurich développent une nouvelle méthode utilisant la lumière. Grâce à ce procédé, à l’avenir, l’énergie nécessaire à la séquestration du carbone proviendra du soleil.

Interrupteur d'acide contrôlé par la lumière

Sous la direction de Maria Lukatskaya, professeur de systèmes énergétiques électrochimiques, les scientifiques exploitent le fait que dans les liquides aqueux acides, le CO2 Existe sous forme de CO2Mais dans les liquides aqueux alcalins, il réagit pour former des sels carboniques. aigreConnus sous le nom de carbonates. Cette réaction chimique est réversible. L'acidité d'un liquide détermine s'il contient du dioxyde de carbone2 Ou du carbonate.

Pour modifier l'acidité du liquide, les chercheurs ont ajouté des molécules appelées photoacides, qui réagissent avec la lumière. Si ce liquide est irradié par la lumière, les molécules le rendent acide. Dans l’obscurité, il revient à son état d’origine, rendant le liquide plus alcalin.

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Voici comment fonctionne en détail la méthode des chercheurs de l'ETH : les chercheurs séparent le dioxyde de carbone2 De l'air en faisant passer l'air à travers un liquide contenant des photoacides dans l'obscurité. Puisque ce liquide est alcalin, le dioxyde de carbone2 Il réagit et forme un carbonate. Une fois que les sels présents dans le liquide s’accumulent à un degré significatif, les chercheurs irradient le liquide avec de la lumière. Cela le rend acide et les carbonates se transforment en dioxyde de carbone2. Entreprise2 Des bulles émergent du liquide, comme dans une bouteille de Coca-Cola, et peuvent être collectées dans des réservoirs de gaz. Quand il n’y a pratiquement pas de CO2 Lorsqu'ils sont laissés dans le liquide, les chercheurs éteignent la lumière et le cycle recommence, le liquide étant prêt à capter le dioxyde de carbone.2.

Tout dépend du mélange

Mais en pratique, il y avait un problème : les photoacides utilisés étaient instables dans l’eau. « Au cours de nos premières expériences, nous avons réalisé que les molécules se décomposeraient au bout d'une journée », explique Anna de Vries, doctorante du groupe de Lukatskaya et auteur principal de l'étude.

Lukatskaya, de Vries et leurs collègues ont donc analysé la décomposition de la molécule. Ils ont résolu le problème en effectuant leur réaction non pas dans l’eau mais dans un mélange d’eau et d’un solvant organique. Les scientifiques ont pu déterminer le rapport optimal de deux liquides grâce à des expériences en laboratoire et ont pu expliquer leurs résultats grâce à des modèles de calcul menés par des chercheurs de l'Université de la Sorbonne à Paris.

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D'une part, ce mélange leur a permis de maintenir les molécules photoacides stables en solution pendant environ un mois. D’un autre côté, cela garantissait que la lumière pouvait être utilisée pour faire basculer la solution selon les besoins entre l’acide et l’alcalin. Si les chercheurs utilisaient le solvant organique sans eau, la réaction serait irréversible.

Passer le chauffage

D’autres processus de captage du carbone sont également cycliques. Une méthode approuvée fonctionne avec des filtres qui collectent le dioxyde de carbone2 molécules à température ambiante. Pour éliminer le dioxyde de carbone plus tard2 Parmi les filtres, ils doivent être chauffés à environ 100 degrés ° C. Cependant, le chauffage et le refroidissement sont énergivores : ils représentent la plus grande part de l’énergie requise par la méthode de filtration. « En revanche, notre processus ne nécessite ni chauffage ni refroidissement, il nécessite donc beaucoup moins d'énergie », explique Lukatskaya. De plus, la nouvelle méthode des chercheurs de l'ETH pourrait potentiellement fonctionner uniquement avec la lumière du soleil.

« Un autre aspect intéressant de notre système est que nous pouvons passer d'alcalin à acide en quelques secondes et revenir à alcalin en quelques minutes. Cela nous permet de basculer entre la capture et la libération du carbone beaucoup plus rapidement qu'avec un système basé sur la température », explique de Vries. . .

Grâce à cette étude, les chercheurs ont montré que les photoacides pouvaient être utilisés en laboratoire pour capter le dioxyde de carbone.2. Leur prochaine étape sur la voie de la maturité commerciale consistera à augmenter la stabilité des molécules photoacides. Ils doivent également vérifier les paramètres de l’ensemble du processus pour l’améliorer encore.

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Référence : « Photoacide contrôlé par solvant comme commutateur de pH stable et dépendant de la lumière pour la capture et la libération du dioxyde de carbone » par Anna de Vries, Katerina Goloviznina, Manuel Reiter, Matteo Salan et Maria R. Loukatskaïa, 20 décembre 2023, Chimie des matériaux.
est ce que je: 10.1021/acs.chemmater.3c02435

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Mission BioSentinel Deep Space – Astrobiologie

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Mission BioSentinel Deep Space – Astrobiologie

La carte microfluidique de BioSentinel, conçue au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley, en Californie, sera utilisée pour étudier l’effet du rayonnement spatial interplanétaire sur la levure. Une fois en orbite, la croissance et l’activité métabolique de la levure seront mesurées à l’aide d’un système de détection à LED tricolore et d’un colorant permettant de lire l’activité des cellules de levure. Ici, les puits roses contiennent des cellules de levure en croissance active qui ont fait passer le colorant du bleu au rose. NASA/Dominic Hart – NASA

BioSentinel a été lancé en tant que charge utile secondaire à bord de la mission Artemis I du système de lancement spatial (SLS) le 16 novembre 2022 et est actuellement en orbite solaire à environ 36 millions de kilomètres de la Terre (au 1er avril 2024).

Le projet BioSentinel s’appuie et améliore un riche héritage de technologies biologiques CubeSat. Les progrès itératifs des CubeSats biologiques permettent un leadership scientifique, donnent un aperçu des risques biologiques des vols spatiaux de longue durée et ouvrent des possibilités passionnantes pour les sciences de la vie innovantes et l’exploration humaine de l’espace lointain.

Assemblage de la charge utile sur une fusée Ares 1 SLS — NASA

À ce jour, le centre de recherche Ames a développé et exploité une série de CubeSats biologiques en orbite terrestre basse. BioSentinel s’appuie sur l’héritage de PharmaSat, O/OREOS et EcAMSat et constitue le premier CubeSats biologique de la NASA destiné à l’exploration spatiale interplanétaire.

La mission BioSentinel a deux objectifs principaux : (1) développer la capacité de soutenir les organismes biologiques dans l’espace planétaire profond et (2) déterminer l’environnement radiologique de l’espace lointain et ses effets sur les organismes biologiques.

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Le satellite BioSentinel se compose de deux sections, dont l’une contient les charges utiles scientifiques et un bus de vaisseau spatial équipé d’ensembles de panneaux solaires, de batteries, d’un système de propulsion de précision, d’un système de navigation de suivi des étoiles, d’un émetteur-récepteur, d’antennes et de systèmes d’entraînement et de traitement de données. . Les deux charges utiles sont un dispositif BioSensor microfluidique et un détecteur de rayonnement.

Le BioSensor transporte la levure naissante S. cerevisiae pour analyser les réponses biologiques aux doses accumulées de rayonnement dans l’espace lointain. Bien que plus d’un milliard d’années d’évolution séparent la levure de l’humain, nous partageons des centaines de gènes homologues qui régissent les processus cellulaires fondamentaux, notamment les dommages et la réparation de l’ADN.

Les cellules de levure sont chargées et séchées à l’intérieur de cartes microfluidiques (18 cartes contenant chacune 16 micropuits). Chaque carte microfluidique se compose de canaux microfluidiques pour permettre aux nutriments d’entrer et aux déchets de sortir, ainsi que d’éléments chauffants pour permettre la croissance des levures. Chaque pont contient également une source optique et des panneaux révélateurs. Les piles de cartes sont montées sur deux collecteurs microfluidiques (neuf cartes par collecteur) connectés à des tubes, des sacs de réactifs, des pompes, des pièges à bulles, des cellules d’étalonnage et des composants électroniques, le tout s’insérant dans le boîtier en aluminium du biocapteur. Un dispositif BioSensor identique a été lancé vers la Station spatiale internationale en décembre 2021 et est revenu sur Terre en août 2022.

La deuxième charge utile scientifique est un spectromètre de rayonnement basé sur TimePix, qui permettra de relier la dosimétrie physique in situ à la réponse biologique aux rayonnements. Ce spectromètre mesure à la fois le transfert d’énergie linéaire (LET) et la dose ionisante totale d’exposition aux rayonnements. Le projet BioSentinel a été principalement soutenu par la Direction du développement des systèmes d’exploration (ESDMD) de la NASA.

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Pour plus d’informations, voir Page de la mission BioSentinel

astrobiologie, astrobiologie,

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Dévoilement des lunes cachées de la Voie Lactée

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Dévoilement des lunes cachées de la Voie Lactée

L’emplacement d’une galaxie naine nouvellement découverte (la galaxie Vierge III) dans la constellation de la Vierge (à gauche) et de ses étoiles membres (à droite ; celles entourées en blanc). Les étoiles membres sont centrées dans la ligne pointillée dans le panneau de droite. Droits d’auteur : NAOJ/Université du Tohoku

Des chercheurs ont découvert deux nouvelles galaxies satellites Voie Lactée Grâce au télescope Subaru, un plus grand nombre de satellites ont été observés qu’on ne le pensait auparavant, indiquant un passage d’un déficit à un excédent du nombre attendu de galaxies.

Depuis des années, les astronomes se demandent comment expliquer pourquoi il y a moins de galaxies lunaires dans la Voie lactée que ne le prédit le modèle standard de matière noire. C’est ce qu’on appelle le « problème des lunes manquantes ». Pour nous rapprocher de la résolution de ce problème, une équipe internationale de chercheurs a utilisé les données du programme stratégique Subaru (SSP) Hyper Suprime-Cam (HSC) pour découvrir deux toutes nouvelles galaxies lunaires.

Ces résultats ont été récemment publiés dans Publications de la Société Astronomique Japonaise Par une équipe de chercheurs du Japon, de Taiwan et d’Amérique.

Le rôle des galaxies lunaires dans la compréhension de la matière noire

Nous vivons dans une galaxie appelée Voie lactée, autour de laquelle gravitent d’autres galaxies plus petites appelées galaxies lunaires. L’étude de ces galaxies lunaires pourrait aider les chercheurs à percer les mystères entourant la matière noire et à mieux comprendre comment les galaxies évoluent au fil du temps.

« Combien de galaxies compte la Voie lactée ? C’est une question importante pour les astronomes depuis des décennies », explique Masahi Chiba, professeur à l’Université du Tohoku.

Galaxies lunaires autour de la Voie Lactée

Galaxies lunaires autour de la Voie Lactée. Le plan du disque galactique se situe sur le plan horizontal. Les carrés bleus représentent les Grands et Petits Nuages ​​de Magellan, et les cercles rouges représentent d’autres galaxies satellites. Plus sa taille optique absolue est faible, plus la taille du point est petite. Droits d’auteur : NAOJ/Université du Tohoku

Découvertes de galaxies naines grâce au télescope Subaru

L’équipe de recherche a réalisé la possibilité de l’existence de nombreuses petites galaxies non découvertes (galaxies naines), lointaines et difficiles à détecter. La puissante puissance du télescope Subaru – situé sur une montagne isolée au-dessus des nuages ​​à Hawaï – est bien adaptée à la recherche de ces galaxies. En fait, cette équipe de recherche a déjà découvert trois nouvelles galaxies naines à l’aide du télescope Subaru.

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L’équipe a désormais découvert deux nouvelles galaxies naines supplémentaires (Virgin III et Sextan II). Avec cette découverte, le nombre total de galaxies satellites découvertes par différentes équipes de recherche a atteint neuf galaxies. Ce nombre est encore bien inférieur aux 220 galaxies satellites prédites par la théorie standard de la matière noire.

Zone surveillée par HSC-SSP

Zone surveillée par HSC-SSP (zone entourée de lignes rouges). Les galaxies lunaires précédemment connues sont indiquées par des carrés noirs, et les galaxies lunaires nouvellement découvertes sont indiquées par des triangles blancs et des étoiles. Droits d’auteur : NAOJ/Université du Tohoku

La perspective changeante sur le nombre de galaxies spatiales

Mais la signature HSC-SSP ne couvre pas l’intégralité de la Voie Lactée. Si la répartition de ces neuf galaxies satellites sur l’ensemble de la Voie Lactée est similaire à celle trouvée dans la signature capturée par HSC-SSP, l’équipe de recherche calcule qu’il pourrait en fait y avoir près de 500 galaxies satellites. Nous sommes désormais confrontés au « problème du trop grand nombre de satellites » et non au « problème des satellites manquants ».

Pour mieux déterminer le nombre réel de galaxies lunaires, davantage d’imagerie et d’analyses à haute résolution sont nécessaires. « La prochaine étape consiste à utiliser un télescope plus puissant qui capture une vue plus large du ciel », explique Chiba. « L’année prochaine, l’observatoire Vera C. Rubin au Chili sera utilisé à cette fin. J’espère que de nombreuses nouvelles galaxies lunaires seront utilisées. sera découvert. »

Référence : « Résultats finaux de la recherche de nouveaux satellites de la Voie lactée dans l’enquête sur le programme stratégique Hyper Suprime-Cam Subaru : découverte d’autres candidats » par Daisuke Homma, Masashi Chiba, Yutaka Komiyama, Masayuki Tanaka, Sakurako Okamoto, Mikito Tanaka, Miho N Ishigaki et Kohei Hayashi, Nobuo Arimoto, Robert H. Lupton, Michael A. Strauss, Satoshi Miyazaki, Xiangyu Wang et Hitoshi Murayama, 8 juin 2024, Publications de la Société Astronomique Japonaise.
DOI : 10.1093/pasj/psae044

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Le rover Curiosity de la NASA a accidentellement découvert des cristaux de soufre pur sur Mars

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Le rover Curiosity de la NASA a accidentellement découvert des cristaux de soufre pur sur Mars

Des scientifiques de la NASA affirment que du soufre pur a été découvert sur Mars pour la première fois après que le rover Curiosity ait accidentellement découvert un amas de cristaux jaunes lors de son passage au-dessus d’un rocher. La zone semble pleine de soufre. C’est une découverte inattendue : alors que des minéraux contenant du soufre ont été observés sur la planète rouge, le soufre élémentaire n’a jamais été observé seul auparavant. « Le soufre ne se forme que dans une gamme étroite de conditions que les scientifiques n’ont pas liées à l’histoire de ce site », ont déclaré les scientifiques de la NASA. .

Le rover Curiosity a réussi à fendre la roche le 30 mai alors qu’il traversait une zone connue sous le nom de canal Gedes Valles, où des roches similaires ont été vues partout. On pense que le canal a été creusé il y a longtemps par l’eau et les coulées de débris. « Trouver un champ de pierres faites de soufre pur, c’est comme trouver une oasis dans le désert », a déclaré Ashwin Vasavada, scientifique du projet Curiosity. « Il ne devrait pas être là, alors maintenant nous devons l’expliquer. C’est la découverte de choses étranges et inattendues. rend l’exploration planétaire extrêmement passionnante.

Une roche sur laquelle Curiosity est passée s'est fissurée, révélant des cristaux de soufre jaunes

Programme NASA/JPL/Caltech/Cyberscience et sécurité

Après avoir repéré les cristaux jaunes, l’équipe a ensuite utilisé une caméra montée sur le bras robotique de Curiosity pour les examiner de plus près. Le rover a ensuite échantillonné une autre roche à proximité, où les morceaux de roche qu’il a brisés étaient trop fragiles pour être forés. Le rover Curiosity est équipé d’instruments qui lui permettent d’analyser la composition des roches et du sol, et la NASA affirme que le spectromètre à rayons X de particules alpha (APXS) a confirmé qu’il avait trouvé du soufre élémentaire.

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