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Da oltre vent'anni, c'è stata una continua occupazione umana al di fuori del nostro pianeta.
La Stazione Spaziale Internazionale (ISS), lanciata nel 1998, è un satellite modulare in orbita bassa attorno alla Terra, che è visibile anche ad occhio nudo.
Dal 2 novembre 2000, la ISS ha avuto un equipaggio in continua rotazione da una varietà di nazioni, che lavora su progetti per spingere ulteriormente i confini della nostra conoscenza. A parte i loro importanti compiti scientifici, questi astronauti devono vivere la loro vita quotidiana come noi – esercizio, relax, pulizia e sonno – anche se in condizioni di microgravità.
A ottobre un razzo Antares che trasportava una nave di rifornimento Cygnus è stato lanciato dalla NASA al Johnson Space Center. Questa nave da carico trasportava a bordo un sistema sperimentale utilizzato per studiare l'ossidazione dell'ammoniaca in condizioni di microgravità per convertire l'urina in acqua sulla ISS.
Il miglioramento di questo sistema di gestione dei rifiuti ha ripercussioni di vasta portata per missioni esplorative più lunghe in cui il peso del carico utile deve essere ottimizzato con la quantità di acqua necessaria (che è pesante) per sostenere la vita durante il viaggio. Date le risorse limitate a bordo di un'astronave, il recupero dell'acqua da tutti i processi è di grande importanza.
Le future missioni che potrebbero trarre vantaggio da questo studio includono viaggi sulla luna (Artemide) ed eventualmente su Marte (Orione).
Questo sistema utilizza gli elettrodi serigrafati (SPE) Metrohm DropSens. Il nuovo rivestimento in nanomateriali degli elettrodi è stato sviluppato dai ricercatori dell'Università di Alicante in Spagna in collaborazione con l'Università di Porto Rico. In questo articolo, vorremmo presentare le persone dietro il progetto ed approfondire la ricerca che stanno facendo nello spazio con i prodotti Metrohm.
Incontra i ricercatori
Dr. José Solla Gullón (Ph.D. 2003, Chimica)
Attualmente sono un illustre ricercatore presso l'Istituto di Elettrochimica dell'Università di Alicante, Spagna. La mia ricerca si concentra principalmente sulla sintesi, caratterizzazione e proprietà elettrochimiche di diversi tipi di nanoparticelle con dimensioni, composizione, forma e struttura superficiale ben definite. Il mio record complessivo di pubblicazioni comprende circa 175 pubblicazioni (h-index 53). Ho anche dato più di 250 contributi in incontri internazionali e nazionali.
Sig.ra Camila Morales Navas
Sono uno studentessa laureata presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Porto Rico (UPR). Sto lavorando a un progetto di ricerca in collaborazione con la NASA, intitolato «Elucidating the Ammonia Electrochemical Oxidation Mechanism via Electrochemical Techniques at the ISS», o in breve «Ammonia Electrooxidation Lab at the ISS (AELISS)". Lo scopo di questo progetto è migliorare il sistema di trattamento delle acque e identificare nuove tecnologie per missioni a lungo termine nello spazio.
Il progetto è attribuito a NASA-ESPCoR, Università di Porto Rico, Università di Alicante, NuVant Systems e Nanoracks, con il supporto di Metrohm DropSens.
Maggiori informazioni sul progetto sul sito web della NASA:
Il progetto AELISS
Per una breve panoramica di Camila e del suo progetto, dai un'occhiata al video fornito di seguito dalla NASA:
Qui puoi vedere gli strumenti Metrohm DropSens utilizzati per questo studio: l'elettrodo di carbonio serigrafato (SPCE, 8X110) e la sua cella a flusso (FLWCL8X1C) corrispondente.
Come è nato il progetto AELISS?
Circa cinque anni fa, i gruppi dell'Università di Alicante e dell'Università di Porto Rico (UPR) hanno iniziato a lavorare insieme su esperimenti di microgravità che li hanno portati a collaborare nuovamente per questo progetto, che ora risiede sulla ISS.
L'ossidazione elettrochimica dell'ammoniaca utilizzando il platino come catalizzatore è una reazione consolidata, pubblicata per la prima volta quasi due decenni fa dal gruppo di José. L'ammoniaca è estremamente sensibile alla struttura superficiale del platino. Tuttavia, questo è ben noto sulla terra. Come si comporta questo processo di reazione in un ambiente di microgravità? I gruppi hanno cercato di determinarlo eseguendo esperimenti negli Stati Uniti utilizzando un aereo speciale che imita l'assenza di gravità per brevi periodi volando con un movimento parabolico.
All'inizio si trattava esclusivamente di ricerca, ma in seguito il gruppo di Camila a Porto Rico ha pensato di più al suo potenziale utilizzo nello spazio. L'urea dell'urina viene convertita in ammoniaca, che poi passa attraverso il processo di ossidazione elettrochimica, dando luogo a gas N2, acqua ed energia. Forse era possibile utilizzare questa tecnologia per migliorare il sistema di recupero e riciclaggio dell'acqua a bordo della ISS e di altre astronavi?
Poiché il gruppo UPR scrive spesso proposte di ricerca finanziate dalla NASA, è abbastanza informato in quest'area per quanto riguarda i requisiti del progetto, nonché quali materiali sono consentiti a bordo di una missione. Il gruppo UPR lavora in collaborazione con la NASA da circa 20 anni.
La combinazione dell'esperienza nella ricerca sull'ossidazione dell'ammoniaca del laboratorio di José in Spagna con la conoscenza del gruppo di Camila a Porto Rico sui requisiti ingegneristici e di sicurezza della NASA ha reso possibile la costruzione e la realizzazione del complesso progetto AELISS. Tuttavia, lanciare qualcosa sulla ISS non è privo di problemi...
La pandemia di COVID-19 ha avuto un effetto significativo sulla ricerca?
A parte i soliti problemi e ritardi che possono sorgere durante i progetti di ricerca collaborativa, l'introduzione di una pandemia globale nelle ultime fasi non ha aiutato la situazione. La pandemia di COVID-19 ha influito sulla cronologia del progetto AELISS, soprattutto quando si trattava di viaggiare e lavorare nell'ambiente estremamente regolamentato della NASA. Inoltre, Porto Rico aveva già affrontato diversi grandi terremoti e uragani in quel periodo.
Tenersi in carreggiata a volte è diventato difficile, in particolare quando Camila ha dovuto riportare a casa l'intero setup per finire l'ingegneria. A giugno è potuta tornare in laboratorio e portare a termine il progetto. Tuttavia, la parte stressante non era ancora finita perché c'era ancora un volo per la NASA negli Stati Uniti, e con quello la sempre presente minaccia di infezione da COVID-19 durante il viaggio.
Un risultato positivo del test significherebbe un divieto di accesso - ci può essere nessuna possibilità di infettare l'equipaggio della ISS.
Alla fine, tutto è andato secondo i piani prima e durante il lancio, e la strumentazione è stata inviata alla Stazione Spaziale Internazionale ad ottobre insieme ad altro prezioso carico per gli astronauti. Ora che questa parte del puzzle è finita, inizia il resto del lavoro...
In che modo AELISS differirà da esperimenti simili sulla Terra?
L'obiettivo finale di questa ricerca è quello di determinare come la gravità influisce sull'ossidazione dell'ammoniaca, e anche a prova diversi catalizzatori per la reazione in microgravità. Mentre molti altri parametri possono essere regolati in laboratorio come il pH, la forma delle nanoparticelle e altro ancora, la gravità è un vincolo universale che non possiamo evitare. Sulla Terra, siamo in grado di imitare gli effetti della microgravità solo per pochi secondi con la caduta libera. La precedente collaborazione tra i gruppi in questo progetto prevedeva anche l'esecuzione di esperimenti su voli speciali che consentivano condizioni di assenza di peso per meno di 15 secondi alla volta. Questo non è certo il tempo sufficiente per trarre conclusioni a lungo termine, e da qui la spinta a lanciare il progetto in orbita. Solo allora si può fare un vero confronto, e conclusioni tratte sugli effetti della gravità e sulla futura applicabilità di questa tecnologia.
Una delle principali preoccupazioni riguardo a questo progetto è ottenere la conversione più efficiente delle urine di scarto in acqua utilizzabile per missioni spaziali a lungo termine. Qui, il riciclaggio dell'acqua è un punto critico. Inoltre, è importante notare che il prodotto dell'ossidazione dell'ammoniaca è azoto gassoso, ma il comportamento dei gas non è lo stesso sulla Terra come nello spazio. Capire come si comportano le bolle di N2 si comportano in assenza di gravità è un passaggio fondamentale da studiare.
Il progetto di ricerca dottorale di Camila mira a rispondere a queste e altre domande, utilizzando le condizioni realistiche dello spazio piuttosto che brevi periodi di assenza di gravità in volo. Allora, come sono arrivati i ricercatori a utilizzare i prodotti Metrohm?
C'è qualcosa su Metrohm
Allora, perché scegliere Metrohm rispetto ad altri fornitori? Ho chiesto a José e Camila cosa li ha attirati verso i nostri prodotti.
Inoltre, José ha affermato che era il fatto che le celle elettrochimiche di Metrohm DropSens erano molto piccole, e si adattavano perfettamente al loro sistema concettuale, che era un altro punto critico. In effetti, erano necessarie solo modifiche estetiche ai prodotti da utilizzare in questo progetto: tutti i materiali utilizzati erano già stati approvati per l'uso dalla NASA.
Per Camila, questa era la prima volta che usava questi prodotti e ha trovato il loro utilizzo immediato incredibilmente utile.
Nel passato, José ha chiesto più volte a Metrohm DropSens di progettare SPE personalizzati per le sue esigenze di ricerca, e li ha sempre trovati reattivi e piacevoli.
Auguriamo il meglio ai gruppi di ricerca dietro l'ambizioso progetto AELISS presso l'Università di Porto Rico e l'Università di Alicante. Noi di Metrohm siamo orgogliosi che i nostri prodotti possano contribuire all'esplorazione dello spazio.
