Método de crear oxígeno del agua a gravedad cero, aumenta la posibilidad de viajes a larga distancia

Las agencias espaciales y las empresas privadas ya tienen planes avanzados para enviar humanos a Marte en los próximos años, en última instancia, a la colonización. Y con un número creciente de descubrimientos de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas cercanas, los viajes espaciales a larga distancia nunca han parecido más emocionantes.


Las agencias espaciales y las empresas privadas ya tienen planes avanzados para enviar humanos a Marte en los próximos años, en última instancia, a la colonización. Y con un número creciente de descubrimientos de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas cercanas, los viajes espaciales a larga distancia nunca han parecido más emocionantes. Sin embargo, no es fácil para los humanos sobrevivir en el espacio por períodos de tiempo sostenidos. Uno de los principales desafíos con los vuelos espaciales de larga distancia es transportar suficiente oxígeno para que los astronautas puedan respirar y suficiente combustible para alimentar los componentes electrónicos complejos. Lamentablemente, solo hay poco oxígeno disponible en el espacio y las grandes distancias dificultan las recargas rápidas. Pero ahora, un nuevo estudio, publicado en Nature Communications, muestra que es posible producir hidrógeno (para combustible) y oxígeno (de por vida) solo con un material semiconductor y luz solar (o luz estelar) en gravedad cero: creando un espacio sostenido Viaja una posibilidad real.

La astronauta de la NASA, Kate Rubins, trabaja con un tanque del Sistema de Recarga de Nitrógeno / Oxígeno a bordo de la Estación Espacial Internacional. Los tanques están diseñados para conectarse a la red de suministro de aire existente de la estación para rellenar el suministro de aire respirable de la tripulación. -

Usar el recurso ilimitado del sol para alimentar nuestra vida cotidiana es uno de los mayores desafíos en la Tierra. A medida que nos alejamos lentamente del petróleo hacia fuentes de energía renovables, los investigadores están interesados ​​en la posibilidad de usar hidrógeno como combustible. La mejor manera de hacerlo sería dividir el agua (H2O) en sus componentes: hidrógeno y oxígeno. Esto es posible utilizando un proceso conocido como electrólisis, que consiste en hacer correr una corriente a través de una muestra de agua que contiene un poco de electrolito soluble. Esto descompone el agua en oxígeno e hidrógeno, que se liberan por separado en los dos electrodos. Si bien este método es técnicamente posible, aún no está disponible en la Tierra, ya que necesitamos más infraestructura relacionada con el hidrógeno, como las estaciones de recarga de hidrógeno, para ampliarla.



PODER DEL SOL El hidrógeno y el oxígeno producidos de esta manera a partir del agua también podrían usarse como combustible en una nave espacial. Lanzar un cohete con agua sería mucho más seguro que lanzarlo con combustible adicional para cohetes y oxígeno a bordo, que puede ser explosivo. Una vez en el espacio, una tecnología especial podría dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, que a su vez podría usarse para sostener la vida o para alimentar la electrónica a través de celdas de combustible.

Hay dos opciones para hacer esto. Uno implica la electrólisis como lo hacemos en la Tierra, usando electrolitos y células solares para capturar la luz solar y convertirla en una corriente. Hay dos opciones para hacer esto. Uno implica la electrólisis como lo hacemos en la Tierra, usando electrolitos y células solares para capturar la luz solar y convertirla en una corriente. La alternativa es usar "catalizadores fotográficos", que funcionan mediante la absorción de partículas de luz (fotones) en un material semiconductor insertado en el agua. La energía de un fotón es absorbida por un electrón en el material que luego salta, dejando un agujero. El electrón libre puede reaccionar con protones (que forman el núcleo atómico junto con los neutrones) en el agua para formar hidrógeno. Mientras tanto, el agujero puede absorber electrones del agua para formar protones y oxígeno. El proceso también se puede revertir. El hidrógeno y el oxígeno se pueden unir o "combinar" utilizando una celda de combustible que devuelve la energía solar captada por la "fotocatálisis", la energía que se puede usar para alimentar la electrónica. La recombinación solo forma agua como producto, lo que significa que el agua también se puede reciclar. Esto es clave para los viajes espaciales de larga distancia. El proceso con catalizadores fotográficos es la mejor opción para viajes espaciales, ya que el equipo pesa mucho menos que el necesario para la electrólisis. En teoría, debería funcionar fácilmente. Esto se debe en parte a que la intensidad de la luz solar es mucho mayor sin que la atmósfera de la Tierra absorba grandes cantidades en su camino hacia la superficie.

Gestión de la burbuja En el nuevo estudio, los investigadores abandonaron la configuración experimental completa para la fotocatálisis en una torre de caída de 120 m, creando un entorno similar a la microgravedad. A medida que los objetos aceleran hacia la Tierra en caída libre, el efecto de la gravedad disminuye a medida que las fuerzas ejercidas por la gravedad son canceladas por fuerzas iguales y opuestas debido a la aceleración. Esto es opuesto a las fuerzas G experimentadas por los astronautas y los pilotos de combate a medida que aceleran en sus aviones. Los investigadores lograron demostrar que es posible dividir el agua en este ambiente. Sin embargo, a medida que el agua se divide para crear gas, se forman burbujas. Deshacerse de las burbujas del material catalizador una vez formado es importante: las burbujas dificultan el proceso de creación de gas. En la Tierra, la gravedad hace que las burbujas fluyan automáticamente hacia la superficie (el agua cerca de la superficie es más densa que las burbujas, lo que las hace infames), liberando el espacio en el catalizador para la próxima burbuja que se producirá. En gravedad cero esto no es posible y la burbuja permanecerá sobre o cerca del catalizador. Sin embargo, los científicos ajustaron la forma de las características a nanoescala en el catalizador creando zonas en forma de pirámide donde la burbuja podría fácilmente desprenderse de la punta y flotar en el medio. Pero queda un problema. En ausencia de la gravedad, las burbujas permanecerán en el líquido, incluso aunque hayan sido expulsadas del propio catalizador. La gravedad permite que los gases se escapen fácilmente del líquido, que es fundamental para utilizar el hidrógeno puro y el oxígeno. Sin la presencia de la gravedad, ninguna burbuja de gas flota en la superficie y se separa de la mezcla; en su lugar, todo el gas queda para crear una espuma. Esto reduce la eficiencia del proceso dramáticamente al bloquear los catalizadores o electrodos. Las soluciones de ingeniería para este problema serán clave para implementar con éxito la tecnología en el espacio, con una posibilidad es usar fuerzas centrífugas de la rotación de una nave espacial para separar los gases de la solución.

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