El equipo, formado por investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia (Estados Unidos), la Universidad de Bremen (Alemania) y la Universidad de Warwick (Reino Unido), ha realizado una prueba de concepto que demuestra que la tecnología es capaz de producir una cantidad considerablemente mayor de oxígeno para los astronautas que los dispositivos actuales.
Los detalles del estudio se han publicado este lunes en Nature Chemistry.
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Actualmente, los sistemas de soporte vital que se usan en la Estación Espacial Internacional (EEI) necesitan que los astronautas centrifuguen el agua para separar las burbujas de oxígeno e hidrógeno del líquido.
El método es eficaz pero también es pesado y mecánicamente complejo, lo que lo hace poco adecuado para misiones tripuladas al espacio profundo.
“Se podría pensar que extraer burbujas de gas de líquidos en el espacio es tan sencillo como abrir una lata de refresco aquí en la Tierra. Sin embargo, la falta de flotabilidad hace que el proceso de extracción sea increíblemente difícil”, explica Álvaro Romero Calvo, profesor adjunto de Georgia Tech y coautor principal del estudio.
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El magnetismo como solución
Para separar el agua en hidrógeno y oxígeno, los astronautas de la EEI utilizan electricidad (electrólisis). En la Tierra, los gases burbujean, alejándose de los electrodos pero en ingravidez, las burbujas se adhieren a los electrodos y permanecen suspendidas en el líquido.
Para sortear este problema y extraer el oxígeno, los sistemas de soporte vital de las naves espaciales usan centrifugadoras complejas, voluminosas que consumen mucha energía y requieren un mantenimiento frecuente.
Este sistema es poco práctico para las misiones espaciales profundas, en las que cada kilo de peso que lleva el equipo resulta crítico durante el lanzamiento y cada vatio en el espacio cuenta.
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En el nuevo estudio, con la ayuda de imanes comerciales, los investigadores han desarrollado un sistema pasivo de separación de fases que aleja las burbujas lejos de los electrodos y las recoge en puntos designados.
El equipo lo ha conseguido con dos enfoques complementarios, el primero aprovecha la forma en la que el agua responde de manera natural a los imanes en microgravedad, guiando las burbujas de gas hacia los puntos de recolección.
El segundo método usa las fuerzas magnetohidrodinámicas que surgen de la interacción entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas generadas por la electrólisis, que provocan un movimiento giratorio en el líquido que separa las burbujas de agua que permite separar el hidrógeno y el oxígeno de manera parecida a las centrifugadoras de la EEI pero usando fuerzas magnéticas en lugar de rotación mecánica.
El equipo hizo las pruebas mediante experimentos en torres de caída libre que simulaban un entorno de gravedad reducida, similar al de una estación espacial.
Los experimentos confirmaron que las fuerzas magnéticas pueden mejorar el desprendimiento y el movimiento de las burbujas de gas y aumentar la eficiencia de las células electroquímicas hasta en un 240 %, un avance que resuelve un problema de ingeniería espacial y abre la puerta al desarrollo de sistemas de soporte vital más sencillos, robustos y sostenibles para la exploración espacial humana.
“Hemos demostrado que no necesitamos centrifugadoras ni piezas mecánicas móviles para separar el hidrógeno y el oxígeno producidos del electrolito líquido. Ni siquiera necesitamos energía adicional. En cambio, se trata de un sistema completamente pasivo y de bajo mantenimiento”, subraya Katharina Brinkert, de la Universidad de Warwick.
El siguiente paso de este proyecto financiado por el Centro Aeroespacial Alemán, la Agencia Espacial Europea y la NASA es validar aún más el sistema mediante vuelos suborbitales en cohetes, explican los autores.