Disponibilitatea oxigenului dincolo de Pământ este esențială pentru viitorul explorării umane a spațiului. La urma urmei, avem nevoie de el pentru a respira. Deși s-au făcut deja teste pentru a extrage acest element vital atât în microgravitație, cât și pe Marte, producerea sa rămâne o provocare majoră. Acum, cercetătorii raportează o soluție surprinzător de eficientă, care nu necesită tehnologie nouă, ci doar magneți puternici, de uz comun.
O sursă evidentă de oxigen este apa. Chiar dacă încă nu o extragem din comete sau din craterele întunecate de pe Lună, capacitatea de a separa oxigenul din acest lichid este crucială pentru misiuni. Metoda este simplă și se numește electroliză: se introduc electrozi în apă, iar un curent electric descompune moleculele în hidrogen și oxigen, formând bule de gaz pe suprafața electrozilor.
Aici, pe Pământ, procesul este simplu. Bulele sunt mai puțin dense decât apa și se ridică la suprafață. În spațiu, însă, acest fenomen nu funcționează. Fără gravitație, nu există „sus”, iar bulele pur și simplu stagnează. Sistemele actuale folosesc centrifuge pentru a forța separarea gazului, dar acestea sunt complexe, adaugă greutate și consumă energie prețioasă.
Cum să produci oxigen în spațiu folosind mangneții
O echipă de cercetători a abordat problema dintr-un unghi diferit, folosind magnetismul pentru a detașa bulele de pe electrozi cu ajutorul unor magneți de neodim disponibili comercial. Datorită unui fenomen numit diamagnetism, echipa a reușit să ghideze bulele către puncte specifice de colectare. Mai mult, interacțiunea dintre curenții electrici din procesul de electroliză și câmpul magnetic generează o mișcare de rotație a fluidului, similară cu cea indusă mecanic.
„S-ar putea crede că extragerea bulelor de gaz din lichide în spațiu este la fel de simplă ca deschiderea unei doze de suc pe Pământ. Totuși, lipsa flotabilității face procesul incredibil de dificil. În acest articol, demonstrăm că două interacțiuni magnetice în mare parte neexplorate – diamagnetismul și magnetohidrodinamica – oferă o cale promițătoare pentru a rezolva această problemă.”, a explicat într-un comunicat Álvaro Romero-Calvo, coautor al studiului și profesor asistent la Georgia Tech.
Pentru a-și testa ipoteza, echipa a folosit un turn special de la Centrul de Tehnologie Spațială Aplicată și Microgravitație (ZARM) din Germania. Prin lansarea sistemului în cădere liberă de la o înălțime de 146 de metri, au simulat condiții de microgravitație pentru 9,3 secunde. Rezultatele au fost remarcabile: sistemul bazat pe magneți de neodim a eliberat cu 240% mai mult oxigen decât în condiții normale.
„După patru ani de muncă asiduă, demonstrarea faptului că forțele magnetice pot controla fluxurile electrochimice cu bule în microgravitație este un pas uriaș către sisteme de susținere a vieții mai eficiente și mai fiabile pentru navele spațiale”, a adăugat Romero-Calvo.
Această lucrare face parte dintr-un proiect mai amplu de cercetare a unui sistem de producere a oxigenului prin magnetohidrodinamică, ce ar putea fi utilizat într-o viitoare misiune de tranzit către Marte, proiect pentru care Romero-Calvo a obținut recent finanțare.
Studiul complet a fost publicat în revista Nature Chemistry.
