Agências espaciais e empresas privadas já têm planos avançados para enviar humanos a Marte nos próximos anos - em última análise, colonizando-o. E com um número crescente de descobertas de planetas semelhantes à Terra em torno de estrelas próximas, viagens espaciais de longa distância nunca pareceram mais empolgantes.

Contudo, não é fácil para os humanos sobreviver no espaço por longos períodos de tempo. Um dos principais desafios dos voos espaciais de longa distância é transportar oxigênio suficiente para os astronautas respirarem e combustível suficiente para alimentar aparelhos eletrônicos complexos. Tristemente, há pouco oxigênio disponível no espaço e as grandes distâncias tornam difícil fazer recargas rápidas.

Mas agora um novo estudo, publicado em Nature Communications , mostra que é possível produzir hidrogênio (para combustível) e oxigênio (para a vida) apenas a partir da água, usando um material semicondutor e luz solar (ou luz estelar) em gravidade zero - tornando a viagem espacial sustentada uma possibilidade real.

Usar o recurso ilimitado do sol para alimentar nossa vida cotidiana é um dos maiores desafios da Terra. Como estamos lentamente mudando do petróleo para fontes renováveis ​​de energia, pesquisadores estão interessados ​​na possibilidade de usar hidrogênio como combustível. A melhor maneira de fazer isso seria dividindo a água (H ₂ O) em seus constituintes:hidrogênio e oxigênio. Isso é possível usando um processo conhecido como eletrólise, que envolve a passagem de uma corrente por uma amostra de água contendo algum eletrólito solúvel. Isso quebra a água em oxigênio e hidrogênio, que são liberados separadamente nos dois eletrodos.

Embora esse método seja tecnicamente possível, ainda não se tornou prontamente disponível na Terra, pois precisamos de mais infraestrutura relacionada ao hidrogênio, como postos de abastecimento de hidrogênio, para aumentá-lo.

poder do sol

O hidrogênio e o oxigênio produzidos dessa forma a partir da água também podem ser usados ​​como combustível em uma espaçonave. Lançar um foguete com água seria na verdade muito mais seguro do que lançá-lo com combustível adicional de foguete e oxigênio a bordo, que pode ser explosivo. Uma vez no espaço, tecnologia especial poderia dividir a água em hidrogênio e oxigênio que, por sua vez, poderiam ser usados ​​para sustentar a vida ou para alimentar a eletrônica por meio de células de combustível.

Existem duas opções para fazer isso. Um envolve eletrólise, como fazemos na Terra, usando eletrólitos e células solares para capturar a luz solar e convertê-la em corrente.

A alternativa é usar "fotocatalisadores", que funcionam absorvendo partículas de luz - fótons - em um material semicondutor inserido na água. A energia de um fóton é absorvida por um elétron no material que então salta, deixando para trás um buraco. O elétron livre pode reagir com os prótons (que constituem o núcleo atômico junto com os nêutrons) na água para formar o hidrogênio. Enquanto isso, o buraco pode absorver elétrons da água para formar prótons e oxigênio.

O processo também pode ser revertido. Hidrogênio e oxigênio podem ser reunidos ou "recombinados" usando uma célula de combustível que retorna a energia solar absorvida pela "fotocatálise" - energia que pode ser usada para alimentar a eletrônica. A recombinação forma apenas água como produto - o que significa que a água também pode ser reciclada. Esta é a chave para viagens espaciais de longa distância.

O processo com fotocatalisadores é a melhor opção para viagens espaciais, pois o equipamento pesa muito menos do que o necessário para a eletrólise. Em teoria, deve funcionar facilmente. Isso ocorre em parte porque a intensidade da luz do sol é muito maior sem que a atmosfera terrestre absorva grandes quantidades em seu caminho para a superfície.

Gerenciamento de bolhas

No novo estudo, os pesquisadores largaram o conjunto experimental completo para fotocatálise em uma torre de queda de 120 m, criando um ambiente semelhante à microgravidade. À medida que os objetos aceleram em direção à Terra em queda livre, o efeito da gravidade diminui à medida que as forças exercidas pela gravidade são anuladas por forças iguais e opostas devido à aceleração. Isso é o oposto das forças G experimentadas por astronautas e pilotos de caça enquanto aceleram em suas aeronaves.

Os pesquisadores conseguiram mostrar que de fato é possível dividir a água nesse ambiente. Contudo, como a água é dividida para criar gás, bolhas se formam. Eliminar as bolhas do material do catalisador, uma vez formado, é importante - as bolhas atrapalham o processo de criação do gás. Na terra, a gravidade faz com que as bolhas flutuem automaticamente para a superfície (a água perto da superfície é mais densa do que as bolhas, que os torna compradores) - liberando espaço no catalisador para a próxima bolha a ser produzida.

Em gravidade zero, isso não é possível e a bolha permanecerá no ou perto do catalisador. Contudo, os cientistas ajustaram a forma dos recursos em nanoescala no catalisador criando zonas em forma de pirâmide onde a bolha poderia facilmente se soltar da ponta e flutuar para o meio.

Mas um problema permanece. Na ausência de gravidade, as bolhas permanecerão no líquido - mesmo que tenham sido forçadas para longe do próprio catalisador. A gravidade permite que os gases escapem facilmente do líquido, o que é crítico para o uso de hidrogênio e oxigênio puros. Sem a presença da gravidade, nenhuma bolha de gás flutua para a superfície e se separa da mistura - em vez disso, todo o gás permanece para criar uma espuma.

Isso reduz a eficiência do processo drasticamente, bloqueando os catalisadores ou eletrodos. Soluções de engenharia em torno deste problema serão a chave para implementar a tecnologia com sucesso no espaço - com uma possibilidade de usar forças centrífugas da rotação de uma espaçonave para separar os gases da solução.

No entanto, graças a este novo estudo, estamos um passo mais perto de voos espaciais humanos de longa duração.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.