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Durante más de veinte años, ha habido una continua ocupación humana fuera de nuestro planeta.
La Estación Espacial Internacional (ISS), lanzada en 1998, es un satélite modular en órbita baja alrededor de la Tierra, que está visible incluso a simple vista.
Desde el 2 de noviembre de 2000, la ISS ha tenido una tripulación en constante rotación de una variedad de naciones, trabajando en proyectos para ampliar aún más los límites de nuestro conocimiento. Además de sus importantes deberes científicos, estos astronautas deben vivir su vida diaria como nosotros: hacer ejercicio, relajarse, limpiar y dormir, aunque en microgravedad.
En octubre, un El cohete Antares que transportaba una nave de reabastecimiento Cygnus fue lanzado por la NASA en el Centro Espacial Johnson. Este carguero llevaba a bordo un sistema experimental utilizado para estudiar la oxidación de amoníaco en condiciones de microgravedad para convertir la orina en agua en la ISS.
La mejora de este sistema de gestión de residuos tiene repercusiones de largo alcance para misiones exploratorias más largas en las que el peso de la carga útil debe optimizarse con la cantidad de agua necesaria (que es pesada) para mantener la vida durante el viaje. Dados los recursos limitados a bordo de una nave espacial, la recuperación del agua de todos los procesos es de gran importancia.
Las futuras misiones que pueden beneficiarse de este estudio incluyen viajes a la luna (Artemisa) y eventualmente a Marte (Orión).
Este sistema utiliza Electrodos serigrafiados Metrohm DropSens (SPEs). El novedoso recubrimiento de nanomaterial de los electrodos fue desarrollado por investigadores del Universidad de Alicante en España en colaboración con el Universidad de Puerto Rico. En este artículo, nos gustaría presentar a las personas que están detrás del proyecto y profundizar en la investigación que están realizando en el espacio con los productos de Metrohm.
Conoce a los investigadores
Dr. José Solla Gullón (Ph.D. 2003, Química)
Actualmente soy Investigador Distinguido en el Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante, España. Mi investigación se centra principalmente en la síntesis, caracterización y propiedades electroquímicas de diferentes tipos de nanopartículas con tamaño, composición, forma y estructura superficial bien definidos. Mi registro general de publicaciones incluye alrededor de 175 publicaciones (índice h 53). También he dado más de 250 contribuciones en encuentros internacionales y nacionales.
Sra. Camila Morales Navas
Soy estudiante de posgrado en el Departamento de Química de la Universidad de Puerto Rico (EPU). Estoy trabajando en un proyecto de investigación en colaboración con la NASA, titulado «Elucidación del mecanismo de oxidación electroquímica del amoníaco mediante técnicas electroquímicas en la ISS», o «Laboratorio de Electrooxidación de Amoníaco en la ISS (AELIS)" para abreviar. El propósito de este proyecto es mejorar el sistema de procesamiento de agua e identificar nuevas tecnologías para misiones a largo plazo en el espacio.
El proyecto se atribuye a NASA-ESPCoR, Universidad de Puerto Rico, Universidad de Alicante, NuVant Systems y Nanoracks, con el apoyo de Metrohm DropSens.
Lea más sobre el proyecto en el sitio web de la NASA:
El proyecto AELIS
Para obtener una breve descripción de Camila y su asesor de posgrado, eche un vistazo al video proporcionado a continuación por la NASA:
Aquí, puedes ver el DropSens de Metrohm instrumentos utilizados para este estudio: el electrodo de carbón serigrafiado (SPCE, 8X110) y su correspondiente celda de flujo (FLWCL8X1C).
¿Cómo empezó el proyecto AELIS?
Hace unos cinco años, los grupos de la Universidad de Alicante y la Universidad de Puerto Rico (UPR) comenzaron a trabajar juntos en experimentos de microgravedad, lo que los llevó a colaborar nuevamente para este proyecto, que ahora reside en la ISS.
La oxidación electroquímica del amoníaco usando platino como catalizador es una reacción bien establecida, publicada por primera vez hace casi dos décadas por el grupo de José. El amoníaco es extremadamente sensible a la estructura superficial del platino. Sin embargo, esto es bien conocido en la tierra. ¿Cómo se comporta este proceso de reacción en un entorno de microgravedad? Los grupos trataron de determinar esto realizando experimentos en los EE. UU. usando un avión especial que imita la ingravidez durante breves períodos volando en un movimiento parabólico.
Al principio, esto era puramente para investigación, pero luego el grupo de Camila en Puerto Rico pensó más en su uso potencial en el espacio. La urea de la orina se convierte en amoníaco, que luego pasa por el proceso de oxidación electroquímica, lo que da como resultado gas N2, agua y energía. ¿Quizás era posible usar esta tecnología para mejorar el sistema de recuperación y reciclaje de agua a bordo en la ISS y otras naves espaciales?
Debido a que el grupo de la UPR a menudo escribe propuestas de investigación que son financiadas por la NASA, tienen bastante conocimiento en esta área con respecto a los requisitos del proyecto, así como qué materiales se permiten a bordo de una misión. El grupo de la UPR trabaja en conjunto con la NASA desde hace unos 20 años.
La combinación de la experiencia en la investigación de oxidación de amoníaco del laboratorio de José en España con el conocimiento del grupo de Camila en Puerto Rico sobre los requisitos de ingeniería y seguridad de la NASA hizo posible la construcción y realización del complejo proyecto AELIS. Sin embargo, lanzar algo a la ISS no está exento de problemas...
¿La pandemia de COVID-19 ha tenido un efecto significativo en la investigación?
Aparte de los problemas habituales y los retrasos que pueden surgir durante los proyectos de investigación en colaboración, la introducción de una pandemia mundial en las últimas etapas no ayudó a la situación. La pandemia de COVID-19 afectó la línea de tiempo del proyecto AELIS, especialmente cuando se trataba de viajar y trabajar dentro del entorno extremadamente regulado de la NASA. Además, Puerto Rico ya había lidiado con varios grandes terremotos y huracanes en este período.
Mantenerse en el buen camino se volvió difícil a veces, particularmente cuando Camila tuvo que llevar toda la instalación a casa para terminar la ingeniería. En junio, pudo regresar al laboratorio y completar el proyecto. Sin embargo, la parte estresante aún no había terminado porque todavía había un vuelo a la NASA en los EE. UU., y con eso, la amenaza siempre presente de la infección por COVID-19 durante el viaje.
Un resultado positivo de la prueba significaría una denegación de entrada. - puede haber ninguna posibilidad de infectar a la tripulación de la ISS.
En última instancia, todo salió según lo planeado antes y durante el lanzamiento, y la instrumentación se envió a la Estación Espacial Internacional en octubre junto con otra valiosa carga para los astronautas. Ahora que esta parte del rompecabezas está terminada, comienza el resto del trabajo...
¿En qué se diferenciará AELIS de experimentos similares en la Tierra?
El objetivo final de esta investigación es determinar cómo la gravedad afecta la oxidación del amoníaco, y también a probar diferentes catalizadores para la reacción en microgravedad. Si bien se pueden ajustar varios otros parámetros en el laboratorio, como el pH, la forma de las nanopartículas y más, la gravedad es una restricción universal que no podemos evitar. En la Tierra, solo podemos imitar los efectos de la microgravedad durante unos segundos con caída libre. La colaboración previa entre los grupos en este proyecto también implicó realizar experimentos en vuelos especiales que permitieron condiciones de ingravidez por menos de 15 segundos a la vez. Ciertamente, este no es tiempo suficiente para sacar conclusiones a largo plazo y, por lo tanto, el impulso para poner en órbita el proyecto. Sólo entonces se puede hacer una verdadera comparación, y conclusiones extraídas sobre los efectos de la gravedad y la futura aplicabilidad de esta tecnología.
Una de las principales preocupaciones con respecto a este proyecto es lograr la conversión más eficiente de la orina residual en agua utilizable para misiones espaciales a largo plazo. Aquí, el reciclaje del agua es un punto crítico. Además, es importante señalar que el producto de la oxidación del amoníaco es gas nitrógeno, pero el comportamiento de los gases no es el mismo en la Tierra que en el espacio. Comprender cómo la N2 Las burbujas se comportan en ausencia de gravedad es un paso crítico para estudiar.
El proyecto de investigación doctoral de Camila tiene como objetivo responder estas preguntas y más, utilizando las condiciones realistas del espacio en lugar de períodos cortos de ingravidez en vuelo. Entonces, ¿cómo llegaron los investigadores a utilizar los productos de Metrohm?
Algo pasa con Metrohm
Entonces, ¿por qué elegir Metrohm sobre otros proveedores? Le pregunté a José y Camila qué fue lo que los atrajo de nuestros productos.
Además, José mencionó que fue el hecho de que las celdas electroquímicas de Metrohm DropSens muy pequeña, encajando perfectamente en su sistema conceptual, que era otro punto crítico. De hecho, solo se necesitaron cambios estéticos en los productos que se utilizarán en este proyecto: todos los materiales usados ya estaban aprobado para su uso por la NASA.
Para Camila, esta era la primera vez que usaba estos productos y encontró su uso listo para usar increíblemente útil
En el pasado, José le ha pedido a Metrohm DropSens varias veces que diseñe SPE personalizados para sus necesidades de investigación., y siempre los ha encontrado sensible y agradable.
Deseamos lo mejor a los grupos de investigación detrás del ambicioso proyecto AELISS en la Universidad de Puerto Rico y la Universidad de Alicante. En Metrohm estamos orgullosos de que nuestros productos puedan contribuir a la exploración espacial.
