Hacer oxígeno con imanes podría ayudar a los astronautas a respirar mejor


Un equipo internacional de científicos, incluido un químico de la Universidad de Warwick, ha propuesto una forma potencialmente mejor de producir oxígeno para los astronautas en el espacio utilizando el magnetismo.

La conclusión proviene de una nueva investigación sobre separación de fase magnética en microgravedad publicada en npj Microgravity por investigadores de la Universidad de Warwick en el Reino Unido, la Universidad de Colorado Boulder y la Freie Universität Berlin en Alemania.

Mantener a los astronautas respirando a bordo de la Estación Espacial Internacional y otros vehículos espaciales es un proceso complicado y costoso. A medida que los humanos planifiquen futuras misiones a la Luna o Marte, se necesitará una mejor tecnología.

El autor principal Álvaro Romero-Calvo, un Ph.D. reciente. graduado de la Universidad de Colorado Boulder, dice que «en la Estación Espacial Internacional, el oxígeno se genera utilizando una celda electrolítica que divide el agua en hidrógeno y oxígeno, pero luego hay que sacar esos gases del sistema». Un análisis relativamente reciente de un investigador de NASA Ames concluyó que adaptar la misma arquitectura en un viaje a Marte tendría penalizaciones de masa y confiabilidad tan significativas que no tendría ningún sentido usarla».

La Dra. Katharina Brinkert, del Departamento de Química y Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Warwick en Alemania, dice que «la separación de fases eficiente en entornos gravitacionales reducidos es un obstáculo para la exploración espacial humana y se conoce desde los primeros vuelos al espacio». en la década de 1960. Este fenómeno es un desafío particular para el sistema de soporte vital a bordo de la nave espacial y la Estación Espacial Internacional (ISS), ya que el oxígeno para la tripulación se produce en los sistemas electrolizadores de agua y requiere la separación del electrodo y el electrolito líquido».

El problema de fondo es la flotabilidad.

Imagina un vaso de refresco con gas. En la Tierra, las burbujas de CO2 flotan rápidamente hacia la parte superior, pero en ausencia de la gravedad, esas burbujas no tienen adónde ir. En cambio, permanecen suspendidos en el líquido.

La NASA actualmente usa centrífugas para expulsar los gases, pero esas máquinas son grandes y requieren una masa, potencia y mantenimiento significativos. Mientras tanto, el equipo ha realizado experimentos que demuestran que los imanes podrían lograr los mismos resultados en algunos casos.

Aunque las fuerzas diamagnéticas son bien conocidas y entendidas, su uso por parte de los ingenieros en aplicaciones espaciales no se ha explorado completamente porque la gravedad hace que la tecnología sea difícil de demostrar en la Tierra.

Ingrese al Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) en Alemania. Allí, Brinkert, que tiene una investigación en curso financiada por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), dirigió al equipo en pruebas experimentales exitosas en una instalación especial de torre de caída que simula condiciones de microgravedad.

Aquí, los grupos han desarrollado un procedimiento para desprender burbujas de gas de las superficies de los electrodos en entornos de microgravedad generados durante 9,2 s en la torre de descenso de Bremen. Este estudio demuestra por primera vez que las burbujas de gas pueden ser ‘atraídas’ y ‘repelidas’ por un simple imán de neodimio en microgravedad al sumergirlo en diferentes tipos de solución acuosa.

La investigación podría abrir nuevas vías para los científicos e ingenieros que desarrollan sistemas de oxígeno, así como otras investigaciones espaciales que involucran cambios de fase de líquido a gas.

El Dr. Brinkert dice que «estos efectos tienen tremendas consecuencias para el desarrollo posterior de los sistemas de separación de fases, como para misiones espaciales a largo plazo, lo que sugiere que la producción eficiente de oxígeno y, por ejemplo, hidrógeno en sistemas de (foto) electrolizadores de agua puede ser logrado incluso en la casi ausencia de la fuerza de flotación».

El profesor Hanspeter Schaub de la Universidad de Colorado Boulder dice que «después de años de investigación analítica y computacional, poder usar esta increíble torre de caída en Alemania proporcionó una prueba concreta de que este concepto funcionará en el entorno espacial de gravedad cero».

Con información de Universidad de Warwick

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