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Un sistema de electrólisis que no necesita agua pura puede cambiar el juego cuando se trata de exploración.
Cuando se trata de agua y marzo, hay buenas noticias y no tan buenas noticias. La buena noticia: ¡hay agua en Marte! ¿Las noticias no tan buenas?
Hay agua en Marte.
El Planeta Rojo es muy frío; el agua que no está congelada está casi con certeza llena de sal del suelo marciano, lo que reduce su temperatura de congelación.
No se puede beber agua salada y el método habitual que utiliza electricidad (electrólisis) para descomponerla en oxígeno (respirar) e hidrógeno (como combustible) requiere eliminar la sal; un esfuerzo engorroso y costoso en un entorno duro y peligroso.
Sin embargo, si el oxígeno y el hidrógeno pudieran extraerse directamente del agua salada, el proceso de electrólisis de la salmuera sería mucho menos complicado y menos costoso.
Los ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado un sistema que hace precisamente eso. Su investigación fue publicada hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
El equipo de investigación, dirigido por Vijay Ramani, profesor universitario distinguido de Roma B. y Raymond H. Wittcoff en el Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química, no se limitó a validar su sistema de electrólisis de salmuera en condiciones terrestres típicas; el sistema fue examinado en una atmósfera marciana simulada a -33ºF (-36ºVS).
“Nuestro electrolizador de salmuera marciana cambia radicalmente el cálculo logístico de las misiones a Marte y más allá”, dijo Ramani. «Esta tecnología es igualmente útil en la Tierra, donde abre los océanos como una fuente viable de oxígeno y combustible»
En el verano de 2008, NASAEl módulo de aterrizaje Phoenix Mars Lander «tocó y saboreó» el agua marciana, vapores del hielo derretido desenterrados por el módulo de aterrizaje. Desde entonces, Mars Express de la Agencia Espacial Europea ha descubierto varios estanques subterráneos de agua que permanecen en estado líquido gracias a la presencia de perclorato de magnesio – sal.
Para vivir, incluso temporalmente, en Marte, sin mencionar el regreso a la Tierra, los astronautas necesitarán fabricar algunas de las necesidades, como agua y combustible, en el Planeta Rojo. El rover Perseverance de la NASA está ahora en ruta a Marte, con instrumentos que utilizarán electrólisis de alta temperatura. Sin embargo, el Experimento de utilización de recursos in situ de oxígeno de Marte (MOXIE) producirá solo oxígeno, a partir del dióxido de carbono en el aire.
El sistema desarrollado en el laboratorio de Ramani puede producir 25 veces más oxígeno que MOXIE usando la misma cantidad de energía. También produce hidrógeno, que podría usarse como combustible para el viaje a casa de los astronautas.
“Nuestro novedoso electrolizador de salmuera incorpora un ánodo de pirocloro de rutenato de plomo desarrollado por nuestro equipo junto con un cátodo de platino sobre carbono”, dijo Ramani. «Estos componentes cuidadosamente diseñados, junto con el uso óptimo de los principios de la ingeniería electroquímica tradicional, han producido este alto rendimiento».
El diseño cuidadoso y el ánodo único permiten que el sistema funcione sin la necesidad de calentar o purificar la fuente de agua.
“Paradójicamente, el perclorato disuelto en el agua, las llamadas impurezas, en realidad ayudan en un entorno como el de Marte”, dijo Shrihari Sankarasubramanian, investigador científico del grupo de Ramani y primer autor conjunto del artículo.
«Evitan que el agua se congele», dijo, «y también mejoran el rendimiento del sistema electrolizador al reducir la resistencia eléctrica».
Por lo general, los electrolizadores de agua utilizan agua desionizada altamente purificada, lo que aumenta el costo del sistema. Un sistema que puede funcionar con agua «subóptima» o salada, como la tecnología demostrada por el equipo de Ramani, puede mejorar significativamente la propuesta de valor económico de los electrolizadores de agua en todas partes, incluso aquí en el planeta Tierra.
“Habiendo demostrado estos electrolizadores en las exigentes condiciones marcianas, tenemos la intención de implementarlos también en condiciones mucho más suaves en la Tierra para utilizar alimentos de agua salobre o salada para producir hidrógeno y oxígeno, por ejemplo a través de la electrólisis del agua de mar”, dijo Pralay Gayen, investigador asociado postdoctoral. en el grupo de Ramani y también un primer autor conjunto de este estudio.
Estas aplicaciones podrían ser útiles en el ámbito de la defensa, creando oxígeno a pedido en submarinos, por ejemplo. También podría proporcionar oxígeno a medida que exploramos entornos inexplorados más cercanos a casa, en las profundidades del mar.
Las tecnologías subyacentes que habilitan el sistema de electrolizador de salmuera son objeto de la solicitud de patente a través de la Oficina de Gestión de Tecnología y están disponibles para su licencia en la universidad.
Referencia: 30 de noviembre de 2020, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.