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Seit über zwanzig Jahren gibt es eine kontinuierlich bewohnte Siedlung außerhalb unseres Planeten.
Die 1998 gestartete Internationale Raumstation (ISS) ist ein modularer Satellit in einer niedrigen Umlaufbahn um die Erdesie ist sogar mit bloßem Auge sichtbar.
Seit dem 2. November 2000 verfügt die ISS über eine ständig wechselnde Besatzung aus verschiedenen Nationen, die an Projekten arbeitet, um die Grenzen unseres Wissens zu erweitern. Abgesehen von ihren wichtigen wissenschaftlichen Aufgaben müssen diese Astronauten ihr tägliches Leben wie wir führen – trainieren, entspannen, putzen und schlafen – allerdings in der Schwerelosigkeit.
Im Oktober startete die NASA im Johnson Space Center eine Antares-Rakete mit einem Cygnus-Versorgungsschiff. Dieses Frachtschiff hatte ein experimentelles System an Bord, mit dem die Oxidation von Ammoniak unter Mikrogravitationsbedingungen untersucht werden sollte, um Urin auf der ISS in Wasser umzuwandeln.
Die Verbesserung dieses Abfallmanagementsystems hat weitreichende Auswirkungen auf längere Erkundungsmissionen, bei denen das Gewicht der Nutzlast mit der (schweren) Wassermenge optimiert werden muss, die zur Erhaltung des Lebens während der Reise benötigt wird. Angesichts der begrenzten Ressourcen an Bord eines Raumschiffs ist die Rückgewinnung von Wasser aus allen Prozessen von großer Bedeutung.
Zukünftige Missionen, die von dieser Studie profitieren könnten, umfassen Reisen zum Mond (Artemis) und schließlich zum Mars (Orion).
Dieses System verwendet Metrohm DropSens Siebdruckelektroden (SPEs). Die neuartige Nanomaterialbeschichtung der Elektroden wurde von Forschern der Universität Alicante in Spanien in Zusammenarbeit mit der Universität von Puerto Rico entwickelt. In diesem Artikel möchten wir die Menschen hinter dem Projekt vorstellen und näher auf ihre Forschung im Weltraum mit Metrohm-Produkten eingehen.
Vorstellung der Forscher
Dr. José Solla Gullón (Ph.D.) 2003, Chemie)
Ich bin derzeit ein angesehener Forscher am Institut für Elektrochemie der Universität Alicante, Spanien. Meine Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Synthese, die Charakterisierung und die elektrochemischen Eigenschaften verschiedener Arten von Nanopartikeln mit genau definierter Größe, Zusammensetzung, Form und Oberflächenstruktur. Meine gesamte Publikationsliste umfasst etwa 175 Publikationen (h-Index 53). Darüber hinaus habe ich mehr als 250 Beiträge bei internationalen und nationalen Tagungen gehalten.
Frau Camila Morales Navas
Ich bin Studentin im Hauptstudium an der Fakultät für Chemie der Universität von Puerto Rico (UPR). Ich arbeite an einem Forschungsprojekt in Zusammenarbeit mit der NASA mit dem Titel "Elucidating the Ammonia Electrochemical Oxidation Mechanism via Electrochemical Techniques at the ISS", oder kurz Ammoniak-Elektrooxidationslabor auf der ISS (AELISS). Ziel dieses Projekts ist es, das Wasseraufbereitungssystem zu verbessern und neue Technologien für Langzeitmissionen im Weltraum zu identifizieren.
Das Projekt wird von der NASA-ESPCoR, der Universität von Puerto Rico, der Universität von Alicante, NuVant Systems und Nanoracks durchgeführt, mit Unterstützung von Metrohm DropSens.
Lesen Sie mehr über das Projekt auf der NASA-Website:
Das AELISS-Projekt
Einen kurzen Überblick von Camila und ihrem Studienberater finden Sie im folgenden Video der NASA:
Hier können Sie das sehen Metrohm DropSens Für diese Studie verwendete Instrumente: die Siebgedruckte Kohlenstoffelektrode (SPCE, 8X110) und das entsprechende Durchflusszelle (FLWCL8X1C).
Wie begann das AELISS-Projekt?
Vor etwa fünf Jahren haben die Gruppen der Universität Alicante und der Universität Puerto Rico (UPR) begonnen gemeinsam an Mikrogravitationsexperimenten zu arbeiten, was dazu führte, dass sie erneut für dieses Projekt zusammenarbeiteten, das jetzt auf der ISS angesiedelt ist.
Die elektrochemische Oxidation von Ammoniak unter Verwendung von Platin als Katalysator ist eine gut etablierte Reaktion, die erstmals vor fast zwei Jahrzehnten von Josés Gruppe veröffentlicht wurde. Das Ammoniak reagiert äußerst empfindlich auf die Oberflächenstruktur von Platin. Dies ist jedoch für die Erde gültig. Wie verhält sich dieser Reaktionsprozess in einer Mikrogravitationsumgebung? Die Gruppen versuchten dies herauszufinden, indem sie in den USA Experimente bei Parabelfügen durchführten.
Zunächst war dies ein reines Forschungsprojekt, doch später dachte die Gruppe von Camila in Puerto Rico über die mögliche Verwendung im Weltraum nach. Harnstoff aus Urin wird in Ammoniak umgewandelt, das dann den elektrochemischen Oxidationsprozess durchläuft, bei dem Stickstoff, Wasser und Energie entstehen. Vielleicht ließe sich diese Technologie nutzen, um das Wasserrückgewinnungs- und Recyclingsystem an Bord der ISS und anderer Raumschiffe zu verbessern?
Da die UPR-Gruppe häufig Forschungsanträge schreibt, die von der NASA finanziert werden, kennt sie sich in diesem Bereich gut aus und weiß, welche Materialien an Bord einer Mission erlaubt sind. Die UPR-Gruppe arbeitet seit etwa 20 Jahren mit der NASA zusammen.
Die Kombination der Expertise in der Ammoniakoxidationsforschung aus Josés Labor in Spanien mit dem Wissen von Camilas Gruppe in Puerto Rico über die technischen und Sicherheitsanforderungen der NASA machte den Bau und die Realisierung des komplexen AELISS-Projekts möglich. Allerdings ist es nicht einfach, etwas zur ISS zu bringen ...
Hatte die COVID-19-Pandemie einen wesentlichen Einfluss auf die Forschung?
Abgesehen von den üblichen Problemen und Verzögerungen, die bei Verbundforschungsprojekten auftreten können, hat die Einführung einer globalen Pandemie in der Endphase die Situation nicht verbessert. Die COVID-19-Pandemie wirkte sich auf den Zeitplan des AELISS-Projekts aus, insbesondere im Hinblick auf Reisen und Arbeiten im extrem regulierten Umfeld der NASA. Darüber hinaus hatte Puerto Rico in diesem Zeitraum bereits mit mehreren großen Erdbeben und Hurrikanen zu kämpfen.
Es war zeitweise schwierig, sich gegenseitig auf Kurs zu halten, insbesondere als Camila den gesamten Aufbau nach Hause bringen musste, um die Technik fertigzustellen. Im Juni konnte sie ins Labor zurückkehren und das Projekt abschließen. Allerdings war der stressige Teil noch nicht vorbei, denn es gab immer noch einen Flug zur NASA in den USA und damit die allgegenwärtige Gefahr einer COVID-19-Infektion während der Reise.
Ein positives Testergebnis würde eine Einreiseverweigerung bedeuten - Eine Infektion der ISS-Besatzung muss vollständig vermieden werden.
Letztendlich lief vor und während des Starts alles nach Plan und das Equipment wurde im Oktober zusammen mit anderer wertvoller Fracht für die Astronauten zur Internationalen Raumstation geschickt. Nachdem dieser Teil des Puzzles nun abgeschlossen ist, beginnt der Rest der Arbeit ...
Wie wird sich AELISS von ähnlichen Experimenten auf der Erde unterscheiden?
Das endgültige Ziel dieser Forschung ist herauszufinden wie die Schwerkraft die Oxidation von Ammoniak beeinflusst, und verschiedene Katalysatoren zu testen. Während verschiedene andere Parameter wie der pH-Wert, die Form der Nanopartikel und mehr im Labor eingestellt werden können, ist die Schwerkraft eine universelle Einschränkung, die wir nicht vermeiden können. Auf der Erde sind wir nur in der Lage, die Auswirkungen der Mikrogravitation für einige Sekunden im freien Fall nachzustellen. Bei der bisherigen Zusammenarbeit zwischen den Gruppen in diesem Projekt wurden auch Experimente auf speziellen Flügen durchgeführt, die weniger als 15 Sekunden Schwerelosigkeit am Stück ermöglichten. Dies ist sicherlich nicht genug Zeit, um langfristige Schlussfolgerungen zu ziehen, und daher wurde das Projekt in die Umlaufbahn gebracht. Nur dann kann ein echter Vergleich durchgeführt werden, und Rückschlüsse auf die Auswirkungen der Schwerkraft und die zukünftige Anwendbarkeit dieser Technologie gezogen werden.
Eines der Hauptanliegen bei diesem Projekt ist die möglichst effiziente Umwandlung von Abfallurin in nutzbares Wasser für langfristige Weltraummissionen. Hier ist das Wasserrecycling ein kritischer Punkt. Außerdem ist es wichtig zu wissen, dass das Produkt der Oxidation von Ammoniak Stickstoffgas ist, aber das Verhalten von Gasen ist auf der Erde nicht dasselbe wie im Weltraum. Zu verstehen, wie sich die Stickstoff-Blasen in Abwesenheit der Schwerkraft verhalten, ist ein entscheidender Schritt zur Untersuchung.
Camilas Dissertationsprojekt zielt darauf ab, diese und weitere Fragen zu beantworten, und zwar unter den realistischen Bedingungen des Weltraums und nicht in kurzen Phasen der Schwerelosigkeit während des Flugs. Wie kamen die Forscher dazu, Metrohm-Produkte zu verwenden?
Metrohm hat etwas an sich
Warum also Metrohm gegenüber anderen Anbietern bevorzugen? Ich habe José und Camila gefragt, was sie zu unseren Produkten bewogen hat.
Ein weiterer entscheidender Punkt war laut José die Tatsache, dass die elektrochemischen Zellen von Metrohm DropSens sehr klein sind und perfekt in das konzeptionelle System passen. Tatsächlich waren nur kosmetische Änderungen an den Produkten erforderlich, die in diesem Projekt verwendet werden sollten – Alle verwendeten Materialien waren bereits vorhanden von der NASA zur Verwendung zugelassen.
Für Camila war es das erste Mal, dass sie diese Produkte verwendete, und sie fand die Out-of-the-Box-Nutzung unglaublich hilfreich.
In der Vergangenheit, José hat Metrohm DropSens mehrmals gebeten, maßgeschneiderte SPEs für seine Forschungsanforderungen zu entwerfen, und Metrohm DropSens war immer reaktionsschnell und angenehm.
Wir wünschen den Forschungsgruppen, die hinter dem ehrgeizigen AELISS-Projekt an der Universität von Puerto Rico und der Universität Alicante stehen, alles Gute. Wir bei Metrohm sind stolz darauf, dass unsere Produkte einen Beitrag zur Weltraumforschung leisten können.
