Uso de la luz solar para hacer aire respirable y combustible para naves espaciales
Por Erika K. Carlson
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El concepto de Lockheed Martin, llamado Mars Base Camp, necesitaría una forma de reponer el combustible y el suministro de aire. (Crédito: Lockheed Martin)
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Los vuelos espaciales son como los mochileros. Si no puede reabastecer suministros como comida y agua a lo largo del camino, el qué tan lejos puede viajar está limitado por cuánto puede transportar. Y en el espacio, también debe preocuparse por tener suficiente combustible para su nave espacial y aire respirable para su tripulación.
Es por eso que algunos investigadores están buscando una tecnología que llaman fotosíntesis artificial, una forma de aprovechar la luz del sol para generar combustible y aire respirable para misiones más largas. Este sistema imitaría, en cierto sentido, la forma en que las plantas realizan la fotosíntesis natural convirtiendo la energía de la luz en energía química y produciendo oxígeno en el proceso.
La investigación publicada en Nature Communications nos acerca un paso más a este objetivo. Por primera vez, los investigadores realizaron experimentos fotoelectroquímicos (reacciones químicas que utilizan la luz y las propiedades eléctricas de los productos químicos) en un entorno de microgravedad similar al del espacio exterior.
Actualmente, la Estación Espacial Internacional (ISS) tiene sistemas que dividen el agua en hidrógeno y oxígeno, que los astronautas inhalan. La ISS también produce agua y metano del dióxido de carbono que emiten los astronautas. Los sistemas no son los más eficientes, pero funcionan bien para la estación espacial, que está en órbita constante a solo un par de cientos de millas de la superficie de la Tierra, donde recibe envíos regulares de combustible y otros suministros desde la Tierra. Pero una misión espacial más distante, como un puesto de avanzada que orbite alrededor de la Luna o un viaje a Marte, no puede depender de paquetes de atención frecuentes desde su casa.
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Los experimentos colocados en una cápsula de caída y arrojados a la Torre de Caída de Bremen pueden experimentar 9.3 segundos de condiciones de microgravedad. (Crédito: Katharina Brinkert)
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Microgravedad en la Tierra
La química de Caltech Katharina Brinkert quiere enfrentar este desafío. Así que ella y sus colaboradores idearon un experimento para hacer que las reacciones químicas ligeras y productoras de combustible sucedan dentro de la Torre de Caída de Alemania. La torre de caída les da a los científicos solo 9.3 segundos de microgravedad.
Brinkert no estaba segura de si su experimento realmente funcionaría en tan poco tiempo.
"Hacer electroquímica ya es difícil", dice Brinkert. "Hacerlo en 9.3 segundos es incluso más difícil". Afortunadamente, los experimentos fueron un éxito, y Brinkert y el equipo pudieron producir gas de hidrógeno, una valiosa fuente de combustible, a partir de una solución ácida a base de agua.
Incluso demostraron una solución a un problema que el separador de agua del ISS a veces sufre. Debido a que la flotabilidad necesita la gravedad para funcionar, las burbujas de gas formadas en el divisor de agua de microgravedad tienden a adherirse a las superficies sólidas de sus electrodos en lugar de elevarse a la superficie del agua, lo que hace que el proceso sea menos eficiente. El equipo de Brinkert creó electrodos cuyas superficies estaban llenas de baches en lugar de ser lisas a nivel de nanoescala y demostró que las burbujas de gas no se acumulan tanto en las superficies con baches.
Un paso hacia el vuelo espacial
Brinkert enfatiza que, si bien son emocionantes, estos resultados aún son una investigación fundamental y que se necesita más trabajo antes de poder aplicarlos en un entorno práctico. A largo plazo, ella se imagina trabajando con ingenieros para diseñar un dispositivo que funcione en microgravedad y que pueda usar la luz del sol para extraer oxígeno del agua y producir hidrógeno como combustible almacenable y renovable. También espera una mayor colaboración entre los investigadores que estudian los combustibles solares, como ella, y los investigadores que trabajan en la exploración espacial.
"Los dos estamos muy interesados en las energías renovables", dice Brinkert. "Espero [que este documento] establezca algún tipo de conexión entre las dos comunidades".
"En las misiones espaciales a largo plazo, se trata de crear una atmósfera artificial en la nave espacial, por lo que esencialmente es algo que la naturaleza nos brinda. Somos muy afortunados de tener árboles y algas, etc., realizando fotosíntesis natural. Entonces nos gustaría hacer [...] fotosíntesis artificial".
Modificado por orbitaceromendoza
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