Il team internazionale di scienziati, tra cui un chimico dell’Università di Warwick, ha studiato la potenziale miglior tecnica per produrre ossigeno per gli astronauti nello spazio.
Il nuovo studio dei ricercatori dell’Università di Warwick nel Regno Unito, dell’Università del Colorado Boulder e della Freie Universität Berlin in Germania, sulla separazione di fase magnetica in microgravità, è stato pubblicato nella rivista npj Microgravity, affiliata a Nature.
I ricercatori hanno detto che far respirare gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale e di altri veicoli spaziali è un processo complicato e costoso, visto che gli esseri umani stanno pianificando future missioni sulla Luna o su Marte, sarà necessaria una migliore tecnologia.
Álvaro Romero-Calvo, ricercatore presso l’Università del Colorado Boulder, autore principale del nuovo studio sulla produzione di ossigeno con i magneti, ha dichiarato:
«L’ossigeno sulla Stazione Spaziale Internazionale, è generato utilizzando una cella elettrolitica che scinde l’acqua in idrogeno e ossigeno, ma poi bisogna far uscire questi gas dal sistema».
L’analisi relativamente recente di un ricercatore della Nasa Ames Research Center (uno dei dieci maggiori centri per la fabbricazione di componenti per il settore aeronautico e aerospaziale), ha concluso che adattare la stessa architettura per un viaggio su Marte comporterebbe penalizzazioni così significative in termini di massa e affidabilità che non avrebbe alcun senso utilizzarla.
Katharina Brinkert del Dipartimento di Chimica e del Centro per la Tecnologia Spaziale Applicata e la Microgravità (Zarm) dell’Università di Warwick in Germania ha affermato:
«La separazione di fase efficiente in ambienti a gravità ridotta è un ostacolo per l’esplorazione umana dello Spazio ed è nota fin dai primi voli nello spazio negli anni ’60. È questo un fenomeno che rappresenta una sfida particolare per il sistema di supporto vitale a bordo dei veicoli spaziali e della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), poiché l’ossigeno per l’equipaggio è prodotto in sistemi di elettrolizzatori ad acqua e richiede la separazione dall’elettrodo e dall’elettrolita liquido».
Il problema di fondo è la galleggiabilità, l’esempio è un bicchiere di soda frizzante: le bolle di CO2 sulla Terra galleggiano rapidamente verso l’alto, ma in assenza di gravità, quelle bolle non hanno un posto dove andare, rimangono sospese nel liquido.
La Nasa attualmente utilizza centrifughe per espellere i gas, sono macchine grandi che richiedono massa, potenza e manutenzione. Il team di ricercatori nel frattempo ha condotto esperimenti, in alcuni casi i magneti hanno dimostrato che potrebbero ottenere gli stessi risultati.
Le forze diamagnetiche sebbene siano ben note e comprese, il loro uso da parte degli ingegneri nelle applicazioni spaziali non è stato completamente esplorato perché la gravità rende difficile dimostrare la tecnologia sulla Terra.
Katharina Brinkert presso il Centro di Tecnologia Spaziale Applicata e Microgravità (Zarm) un’istituzione scientifica tedesca dell’Università di Brema, ha in corso una ricerca finanziata dal Centro aerospaziale tedesco (Dlr), ha guidato il team di ricercatori in test sperimentali di successo in una speciale struttura la Brema Drop Tower, in Germania (la più alta torre di caduta d’Europa con i suoi 146 metri di altezza, garantisce una caduta di 120 metri che corrispondono, tuttavia, solo a circa 4,74 secondi di microgravità, potenzialmente prolungabili a circa 9,3 secondi grazie a un meccanismo a catapulta).
I ricercatori nella Brema Drop Tower hanno sviluppato una procedura per staccare le bolle di gas dalle superfici degli elettrodi in ambienti di microgravità generati per 9,2 secondi.
Lo studio per la prima volta ha dimostrato che le bolle di gas possono essere “attratte” e “respinte” da un semplice magnete al neodimio in microgravità immergendolo in diversi tipi di soluzione acquosa.
La ricerca potrebbe aprire nuove strade a scienziati e ingegneri che sviluppano sistemi di ossigeno, nonché altre ricerche spaziali che coinvolgono cambiamenti di fase da liquido a gas.
Katharina Brinkert ha affermato:
«Questi effetti hanno enormi conseguenze per l’ulteriore sviluppo di sistemi di separazione di fase, come per le missioni spaziali a lungo termine, suggerendo che è possibile ottenere una produzione efficiente di ossigeno e, ad esempio, idrogeno nei sistemi elettrolizzatori ad acqua anche nella quasi assenza della forza di galleggiamento».
Hanspeter Schaub dell’Università del Colorado Boulder ha dichiarato:
«Dopo anni di ricerca analitica e computazionale, essere in grado di utilizzare questa straordinaria Brema Drop Tower in Germania, ha fornito la prova concreta che questo concetto funzionerà nell’ambiente spaziale in condizione di assenza di gravità Zero-G».