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Há mais de vinte anos que tem havido uma ocupação humana contínua no nosso planeta.
A Estação Espacial Internacional (ISS), lançada em 1998, é um satélite modular em órbita baixa ao redor da Terra, que é visível mesmo a olho nu.
Desde 2 de Novembro de 2000, a ISS tem tido uma tripulação constantemente rotativa de vários países, trabalhando em projectos para ampliar ainda mais os limites do nosso conhecimento. Além das suas importantes funções científicas, estes astronautas devem viver as suas vidas diárias como nós – exercitando, relaxando, limpando e dormindo – embora em microgravidade.
Em outubro, um O foguete Antares transportando uma nave de reabastecimento Cygnus foi lançado pela NASA no Johnson Space Center. Este navio cargueiro carregava a bordo um sistema experimental usado para estudar o oxidação de amônia sob condições de microgravidade para converter urina em água na ISS.
A melhoria deste sistema de gestão de resíduos tem repercussões de longo alcance para missões exploratórias mais longas, onde o peso da carga útil deve ser optimizado com a quantidade de água necessária (que é pesada) para sustentar a vida durante a viagem. Dados os recursos limitados a bordo de uma nave espacial, a recuperação da água de todos os processos é de grande importância.
Missões futuras que podem beneficiar deste estudo incluem viagens ao lua (Ártemis) e eventualmente para Marte (Órion).
Este sistema usa Eletrodos serigrafados (SPEs) Metrohm DropSens. O novo revestimento de nanomateriais dos eletrodos foi desenvolvido por pesquisadores do Universidade de Alicante em Espanha, em colaboração com o Universidade de Porto Rico. Neste artigo, gostaríamos de apresentar as pessoas por trás do projeto e falar sobre as pesquisas que estão realizando no espaço com os produtos Metrohm.
Conheça os pesquisadores
Dr. José Solla Gullón (Ph.D. 2003, Química)
Atualmente sou Pesquisador Distinto do Instituto de Eletroquímica da Universidade de Alicante, Espanha. Minha pesquisa concentra-se principalmente na síntese, caracterização e propriedades eletroquímicas de diferentes tipos de nanopartículas com tamanho, composição, forma e estrutura superficial bem definidos. Meu registro geral de publicações inclui cerca de 175 publicações (índice h 53). Também dei mais de 250 contribuições em reuniões internacionais e nacionais.
Sra. Camila Morales Navas
Sou estudante sênior do Departamento de Química da Universidade de Porto Rico (UPR). Estou trabalhando em um projeto de pesquisa em colaboração com a NASA, intitulado «Elucidating the Ammonia Electrochemical Oxidation Mechanism via Electrochemical Techniques at the ISS», ou «Laboratório de Eletrooxidação de Amônia na ISS (AELISS)" abreviado. O objetivo deste projeto é melhorar o sistema de processamento de água e identificar novas tecnologias para missões espaciais de longo prazo.
O projeto é atribuído a NASA-ESPCoR, Universidade de Porto Rico, Universidade de Alicante, NuVant Systems e Nanoracks, com apoio da Metrohm DropSens.
Leia mais sobre o projeto no site da NASA:
O projeto AELISS
Para uma breve visão geral de Camila e seu orientador de pós-graduação, dê uma olhada no vídeo fornecido abaixo pela NASA:
Aqui você pode ver o Metrohm Drop Sens instrumentos utilizados para este estudo: o eletrodo de carbono serigrafado (SPCE, 8X110) e seu correspondente célula de fluxo (FLWCL8X1C).
Como começou o projeto AELISS?
Há cerca de cinco anos, os grupos da Universidade de Alicante e da Universidade de Porto Rico (UPR) começaram a trabalhar juntos em experimentos de microgravidade, o que os levou a colaborar novamente neste projeto, que agora reside na ISS.
A oxidação eletroquímica da amônia usando platina como catalisador é uma reação bem estabelecida, publicada pela primeira vez há quase duas décadas pelo grupo de José. A amônia é extremamente sensível à estrutura superficial da platina. No entanto, isso é bem conhecido na Terra. Como esse processo de reação se comporta em um ambiente de microgravidade? Os grupos procuraram determinar isso realizando experimentos nos EUA usando um avião especial que imita a ausência de peso por breves períodos, voando em movimento parabólico.
No início, era apenas para pesquisa, mas depois o grupo de Camila em Porto Rico pensou mais sobre seu potencial uso no espaço. A uréia da urina é convertida em amônia, que então passa pelo processo de oxidação eletroquímica, resultando em N2 gás, água e energia. Talvez fosse possível usar esta tecnologia para melhorar o sistema de recuperação e reciclagem de água a bordo da ISS e de outras naves espaciais?
Como o grupo UPR frequentemente escreve propostas de pesquisa financiadas pela NASA, eles têm bastante conhecimento nesta área em relação aos requisitos do projeto, bem como quais materiais são permitidos a bordo de uma missão. O grupo UPR trabalha em conjunto com a NASA há cerca de 20 anos.
Combinar a experiência em pesquisa de oxidação de amônia do laboratório de José na Espanha com o conhecimento do grupo de Camila em Porto Rico sobre os requisitos de engenharia e segurança da NASA tornou possível a construção e realização do complexo projeto AELISS. No entanto, lançar algo para a ISS tem seus problemas…
A pandemia de COVID-19 teve um efeito significativo na investigação?
Para além dos habituais problemas e atrasos que podem surgir durante projectos de investigação colaborativa, a introdução de uma pandemia global nas últimas fases não ajudou a situação. A pandemia da COVID-19 afetou o cronograma do projeto AELISS, especialmente quando se tratava de viajar e trabalhar no ambiente extremamente regulamentado da NASA. Além disso, Porto Rico já havia enfrentado vários grandes terremotos e furacões neste período.
Às vezes, manter-se no caminho certo tornou-se difícil, principalmente quando Camila teve que trazer toda a configuração de volta para casa para terminar a engenharia. Em junho, ela conseguiu retornar ao laboratório e concluir o projeto. Porém, a parte estressante ainda não havia acabado porque ainda havia um voo para a NASA nos EUA, e com isso a sempre presente ameaça de infecção por COVID-19 durante as viagens.
Um resultado de teste positivo significaria uma recusa de entrada – pode haver sem chance de infectar a tripulação da ISS.
No final das contas, tudo correu conforme o planejado antes e durante o lançamento, e a instrumentação foi enviada para a Estação Espacial Internacional em outubro junto com outras cargas preciosas para os astronautas. Agora que esta parte do quebra-cabeça está concluída, o resto do trabalho começa…
Como o AELISS será diferente de experimentos semelhantes na Terra?
O objetivo final desta pesquisa é determinar como a gravidade afeta a oxidação da amônia, e também para testar diferentes catalisadores para a reação em microgravidade. Embora vários outros parâmetros possam ser ajustados em laboratório, como pH, formato das nanopartículas e muito mais – a gravidade é uma restrição universal que não podemos evitar. Na Terra, só conseguimos imitar os efeitos da microgravidade por alguns segundos em queda livre. A colaboração anterior entre os grupos deste projeto também envolveu a realização de experimentos em voos especiais que permitiam condições de ausência de gravidade por menos de 15 segundos por vez. Certamente não é tempo suficiente para tirar conclusões de longo prazo e, portanto, o impulso para lançar o projeto em órbita. Só então uma comparação verdadeira pode ser feita, e conclusões tiradas sobre os efeitos da gravidade e a aplicabilidade futura desta tecnologia.
Uma das principais preocupações relativas a este projecto é conseguir a conversão mais eficiente de resíduos de urina em água utilizável para missões espaciais de longo prazo. Aqui, a reciclagem da água é um ponto crítico. Além disso, é importante notar que o produto da oxidação da amônia é o gás nitrogênio, mas o comportamento dos gases não é o mesmo na Terra e no espaço. Entendendo como o N2 as bolhas se comportam na ausência de gravidade é uma etapa crítica para estudar.
O projeto de pesquisa de doutorado de Camila visa responder a essas questões e muito mais, usando as condições realistas do espaço em vez de curtos períodos de ausência de gravidade durante o vôo. Então, como os pesquisadores passaram a usar os produtos Metrohm?
Há algo sobre Metrohm
Então, por que escolher Metrohm em relação a outros provedores? Perguntei ao José e à Camila o que os atraiu para os nossos produtos.
Além disso, José mencionou que foi o fato das células eletroquímicas da Metrohm DropSens serem muito pequeno, encaixando-se perfeitamente em seu sistema conceitual, o que foi outro ponto crítico. Na verdade, foram necessárias apenas alterações cosméticas nos produtos a utilizar neste projeto – todos os materiais utilizados já estavam aprovado para uso pela NASA.
Para Camila, esta foi a primeira vez que usou esses produtos e ela descobriu que eles uso pronto para uso incrivelmente útil.
No passado, José pediu várias vezes à Metrohm DropSens para projetar SPEs personalizados para suas necessidades de pesquisa, e sempre os encontrou responsivo e agradável.
Desejamos o melhor aos grupos de investigação por detrás do ambicioso projecto AELISS da Universidade de Porto Rico e da Universidade de Alicante. Nós da Metrohm estamos orgulhosos de que nossos produtos possam contribuir para a exploração espacial.
