De la lansarea primului om în spatiu, în anii ’60, omenirea a facut progrese remarcabile în explorarea Cosmosului, dar o provocare fundamentala ramâne nerezolvata în totalitate: producerea eficienta si fiabila a oxigenului în conditii de microgravitatie.
Sistemele utilizate în prezent pe Statia Spatiala Internationala, desi functionale, sunt voluminoase, complexe si consumatoare de energie, fiind departe de a fi ideale pentru misiuni de lunga durata catre Luna, Marte sau dincolo de acestea.
O echipa internationala de cercetatori de la Universitatea Warwick (Marea Britanie), Centrul de Tehnologie Spatiala Aplicata si Microgravitatie (ZARM) din cadrul Universitatii Bremen (Germania) si Georgia Institute of Technology (SUA) a reusit sa dezvolte o metoda remarcabil de simpla si eficienta pentru a facilita separarea oxigenului si hidrogenului în spatiu – prin utilizarea fortelor magnetice.
Publicata în revista Nature Chemistry, aceasta descoperire are potentialul de a revolutiona sistemele de suport vital pentru astronauti si de a reduce semnificativ costurile si complexitatea tehnologiei spatiale actuale.
Magnetism, în locul gravitatiei
În conditii normale, electroliza apei – procesul de separare a moleculelor de apa în oxigen si hidrogen prin intermediul unui curent electric – se bazeaza pe comportamentul bulelor de gaz care se formeaza si se desprind de pe electrozi, fiind ulterior colectate sau eliberate. Pe Pamânt, acest fenomen este sprijinit de gravitatie, care permite bulelor sa se ridice si sa paraseasca zona de reactie. În spatiu, însa, lipsa gravitatiei înseamna ca bulele ramân lipite de electrozi sau plutesc în electrolit, reducând considerabil eficienta procesului si necesitând sisteme suplimentare de separare a fazelor, precum centrifuge sau pompe speciale – toate având dezavantajele lor: greutate mare, piese în miscare, consum ridicat de energie si potential de avarie mecanica.
Pornind de la aceste constrângeri, echipa de cercetatori a conceput o metoda de separare pasiva, bazata pe forte magnetice. Prin utilizarea unor magneti permanenti disponibili comercial, oamenii de stiinta au demonstrat ca este posibila ghidarea si îndepartarea bulelor de gaz fara a utiliza mecanisme greoaie.
Acest lucru a fost testat si confirmat în cadrul turnului de microgravitatie de la Bremen – unul dintre putinele locuri de pe planeta unde conditiile de gravitatie zero pot fi simulate în mod controlat, pe perioade scurte.
Doua abordari complementare au stat la baza experimentelor: în primul rând, echipa a profitat de raspunsul natural al apei la câmpurile magnetice în absenta gravitatiei, canalizând bulele de oxigen catre puncte de colectare.
A doua metoda, mai complexa, a implicat utilizarea fortelor magnetohidrodinamice – care apar atunci când câmpurile magnetice interactioneaza cu curentii electrici generati în timpul electrolizei. Aceasta interactiune a creat o miscare de rotatie a lichidului, care a contribuit la separarea eficienta a bulelor prin efecte convective, replicând practic functionarea unei centrifuge, dar fara nicio parte mobila.
Eficienta sporita
Experimentele desfasurate de echipa pe parcursul a patru ani de cercetare au confirmat nu doar fezabilitatea metodei, ci si eficienta sa remarcabila. Dr. Álvaro Romero-Calvo, profesor asistent la Georgia Tech si initiatorul ideii originale, a elaborat primele simulari numerice în 2022, dezvoltând ulterior un sistem functional de electroliza bazat pe efecte magnetice.
Colaborarea strânsa cu echipa condusa de prof. Katerina Brinkert – mai întâi la Universitatea Warwick, apoi la ZARM – a permis validarea experimentala a teoriei în conditii reale de microgravitatie. Rezultatele au fost impresionante: în comparatie cu metodele traditionale de electroliza în spatiu, sistemul bazat pe magnetism a demonstrat o îmbunatatire a eficientei cu pâna la 240%.
Detasarea si deplasarea bulelor de gaz au fost semnificativ optimizate, permitând o functionare mai stabila si o generare constanta de oxigen si hidrogen – esentiale pentru sustinerea vietii umane, dar si pentru alte aplicatii, precum producerea de combustibil în misiunile spatiale.
Dr. Shaumica Saravanabavan, doctoranda la Universitatea Warwick, a participat activ la experimentele din turnul de microgravitatie si a contribuit la dezvoltarea celulelor electrochimice utilizate în teste.
Ea a declarat ca validarea efectului de flotabilitate magnetica pentru separarea gazelor în aceste conditii deschide noi perspective pentru utilizarea tehnologiilor de energie durabila în afara Terrei.
Ömer Akay, cercetator la ZARM, Universitatea din Bremen, a precizat: „Celulele dezvoltate de noi permit producerea de hidrogen si oxigen prin electroliza apei în microgravitatie, la eficiente aproape comparabile cu cele de pe Pamânt.”.
Aceasta descoperire rezolva o problema inginereasca veche din domeniul zborului spatial si deschide calea catre dezvoltarea unor sisteme de sustinere a vietii mai simple, mai robuste si mai durabile pentru explorarea umana a spatiului.
GABRIEL TUDOR
Comentarii