La produzione di ossigeno nello spazio, essenziale per la sopravvivenza degli astronauti, si è sempre scontrata con limiti tecnologici legati alla microgravità. Un team internazionale di ricercatori ha ora sviluppato una tecnologia che permette di produrlo in maniera più efficiente, sfruttando le proprietà magnetiche dell’acqua per separare l’ossigeno dall’idrogeno.
La sfida della microgravità nella produzione di ossigeno
Attualmente, sulla Stazione Spaziale Internazionale, l’ossigeno viene estratto dall’acqua tramite centrifughe complesse che separano le bolle di gas dai liquidi. Questo sistema, seppur efficace, è ingombrante, pesante e richiede molta energia, consumando fino a un terzo della potenza destinata al supporto vitale. In assenza di gravità, le bolle non salgono naturalmente e rimangono sospese attaccate agli elettrodi, rendendo complicata la separazione.
Come spiega Álvaro Romero-Calvo, assistente professore al Georgia Tech:
“Si potrebbe pensare che estrarre bolle di gas dai liquidi nello spazio sia semplice come aprire una lattina di soda qui sulla Terra. Tuttavia, la mancanza di galleggiamento rende il processo di estrazione incredibilmente difficile, minando la progettazione e il funzionamento dei sistemi di produzione di ossigeno”.
Per superare questo problema, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo sistema che sostituisce le centrifughe con dei campi magnetici. Sfruttando magneti commerciali, le bolle vengono spinte lontano dagli elettrodi e raccolte in punti designati.
Il meccanismo si basa su due fenomeni poco esplorati: il diamagnetismo, che sfrutta la risposta naturale dell’acqua ai magneti in microgravità, e la magnetoidrodinamica (MHD), che interagisce con le correnti elettriche generate dall’elettrolisi, creando movimenti rotatori simili agli effetti centrifughi meccanici.
Questo approccio, sviluppato nel 2022 da Romero-Calvo durante il dottorato e supportato dal programma NIAC della NASA, ha dimostrato di aumentare l’efficienza delle celle elettrochimiche fino al 240%, grazie alla rimozione più rapida delle bolle. Gli esperimenti sono condotti presso la torre di caduta di ZARM a Brema, una delle strutture più alte d’Europa per studi in microgravità, che garantisce 9,3 secondi di assenza di gravità per ogni test.
Verso missioni spaziali più sostenibili
Il successo di questo studio apre la strada a sistemi di supporto vitale più leggeri, affidabili e meno energivori, fondamentali per missioni verso Marte e oltre. Il team, sotto i programmi NIAC e ESA SciSpacE, proseguirà con test di implementazione e scalabilità attraverso la torre di caduta e lanci suborbitali. In modo che gli astronauti possano, un giorno, respirare liberamente durante viaggi interplanetari.
Come afferma Romero-Calvo:
“Dopo quattro anni di duro lavoro, dimostrare che le forze magnetiche possono controllare i flussi elettrochimici di bolle in microgravità è un passo entusiasmante verso sistemi di supporto vitale più efficienti e affidabili per i veicoli spaziali. Lavorare con i nostri collaboratori e stakeholder è stato incredibilmente appagante e non vediamo l’ora di affrontare i prossimi passi”.
