Scoperta una nuova tecnologia per produrre ossigeno

Nave spaziale che produce ossigeno dall'idrogeno

Esiste un modo, potenzialmente migliore, per produrre ossigeno nello spazio usando il magnetismo. La scoperta proposta da un team internazionale di scienziati arriva da una nuova ricerca sulla separazione di fase magnetica in microgravità pubblicata su NPJ Microgravity dai ricercatori dell’Università di Warwick, dell’Università del Colorado Boulder e della Freie Universität in Germania. (Ref. )

L’Ossigeno (O2) è di fondamentale importanza. Far respirare gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) come in altri veicoli spaziali è un processo complicato e molto costoso. Poiché gli esseri umani pianificano missioni future sulla Luna o su Marte, sarà necessario migliorare la tecnologia di produzione.

Le criticità dell’elettrolisi

L’autore principale Álvaro Romero-Calvo, afferma che “Sulla Stazione Spaziale Internazionale, l’ossigeno viene generato utilizzando una cella elettrolitica che ricava dall’acqua ossigeno ed idrogeno che deve essere eliminato dal sistema. Un’analisi relativamente recente di un ricercatore della NASA ha concluso che adattare la stessa architettura durante un viaggio su Marte comporterebbe penalità di massa e affidabilità, così significative, che non avrebbe alcun senso usarla”.

La dott.ssa Katharina Brinkert del Dipartimento di Chimica di Warwick afferma “La separazione di fase in ambienti a gravità ridotta è un ostacolo per l’esplorazione spaziale umana. E’ nota sin dai primi voli nello spazio negli anni ’60. Il fenomeno rappresenta una sfida particolare per il sistema di supporto vitale a bordo delle navette spaziali e della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). L’ossigeno viene prodotto in sistemi di elettrolizzatori d’acqua e richiede la separazione dall’elettrodo e dall’elettrolita liquido”.

Samantha Cristoforetti al lavoro sull'OGS (Oxygen Generation System), il dispositivo che fornisce ossigeno alla ISS.
Samantha Cristoforetti al lavoro sull’OGS (Oxygen Generation System), il dispositivo che fornisce ossigeno alla ISS. Credit: ESA/NASA
Samantha Cristoforetti al lavoro sull'OGS (Oxygen Generation System), il dispositivo che fornisce ossigeno alla ISS.
Samantha Cristoforetti al lavoro sull’OGS (Oxygen Generation System), il dispositivo che fornisce ossigeno alla ISS. Credit: ESA/NASA

Per poter capire il problema, dobbiamo immaginare un bicchiere di acqua gassata. Sulla Terra, le bolle di CO2 galleggiano rapidamente verso l’alto quando versiamo l’acqua in un bicchiere. In assenza di gravità, quelle bolle non corrono verso l’alto ma rimangono sospese nel liquido in prossimità dell’elettrodo interrompendo il processo. La NASA attualmente utilizza centrifughe per separare i gas, ma sono macchine molto grandi e richiedono potenza e manutenzione significative. 

La possibile soluzione per produrre ossigeno

Partendo da queste premesse, il team ha condotto una serie di esperimenti per dimostrare che l’utilizzo dei magneti porterebbe agli stessi risultati. Sebbene le forze magnetiche siano note da tempo, il loro uso nelle applicazioni spaziali è in corso di sperimentazione poiché la gravità è un ostacolo sulla Terra. La dottoressa Brinkert per ovviare a questo ostacolo si è rivolta al Center for Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) in Germania.

Il Centro aerospaziale tedesco (DLR), ha guidato il team nei test sperimentali in una torre a caduta libera che simula condizioni di microgravità. Nello specifico i ricercatori hanno sviluppato una procedura per staccare le bolle di gas dalle superfici degli elettrodi in ambienti di microgravità. Questo studio dimostra per la prima volta 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 per gli ingegneri che sviluppano sistemi di produzione di ossigeno. Ma potrebbe avere anche ricadute su altre ricerche spaziali che coinvolgono cambiamenti di fase da liquido a gas. La dottoressa Brinkert ha affermato che “Questi effetti hanno enormi conseguenze per lo sviluppo di sistemi di separazione di fase, come per le missioni spaziali a lungo termine. I risultati suggeriscono che la produzione efficiente di ossigeno e, ad esempio, di idrogeno nei sistemi (foto)elettrolizzatori dell’acqua può essere raggiunto anche nella quasi assenza della forza di galleggiamento.”

Il professor Hanspeter Schaub dell’Università del Colorado Boulder ha aggiunto che“Dopo anni di ricerca analitica e computazionale, essere in grado di utilizzare questa straordinaria torre a caduta in Germania ha fornito la prova concreta che questo concetto funzionerà nell’ambiente spaziale zero-g”. Sebbene il passo successivo sarà capire come separare le bolle di gas dal liquido. Il primo passo per rendere più efficiente e meno dispendiosa la produzione di ossigeno, necessaria alla sopravvivenza del genere umano nello spazio è stato compiuto. Attendiamo i risvolti futuri.

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