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Nov 17, 2023

Futuras missões à Lua e a Marte podem produzir oxigênio usando tecnologia solar experimental

A tecnologia ainda não está pronta, mas está cada vez mais próxima. Futuro Lua e Marte

A tecnologia ainda não está pronta, mas está cada vez mais próxima.

As futuras missões à Lua e a Marte poderiam usar uma combinação de alta tecnologia de energia solar e reações químicas para produzir oxigênio e até combustível de foguete a partir do gelo lunar ou dióxido de carbono na atmosfera marciana.

Pense nisso como uma versão de alta tecnologia da fotossíntese, o processo que ajuda as plantas a converter a luz solar e o dióxido de carbono em energia química e oxigênio. Os engenheiros têm trabalhado na tecnologia, chamada de células fotoeletroquímicas (PEC), há anos. Em um estudo recente, a pesquisadora de fotossíntese da Universidade de Warwick, Katharina Brinkert, e seus colegas analisam os números e sugerem que as células PEC podem funcionar bem o suficiente para serem úteis na Lua e, eventualmente, em Marte.

A cratera Shackleton é uma fonte potencial de gelo de água para futuras missões lunares. Nesta imagem do Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA, o lado próximo (voltado para a Terra) da Lua está à direita. Na elevação de cor falsa à esquerda, o vermelho é mais alto e o azul é mais baixo.

As células PEC são tecnologia de ponta, mas o princípio por trás delas é bastante simples. Primeiro, a luz solar atinge um material chamado fotossensibilizador. Vários materiais diferentes podem ser fotossensibilizadores; as plantas usam uma chamada clorofila, e alguns materiais usados ​​em semicondutores – um importante componente dos chips de computador – também são fotossensibilizadores. Todo o trabalho do fotossensibilizador é passar a energia da luz do sol para outras moléculas por meio de uma reação química.

Sem se aprofundar muito na química, o resultado final é que a luz do Sol ajuda a desencadear reações químicas que podem quebrar moléculas de água em oxigênio (para respiração) e hidrogênio (para combustível de foguete), ou dióxido de carbono em oxigênio e carbono (para todo o tipo de coisas). E Brinkert e seus colegas dizem que os futuros colonos lunares poderiam fazer fotossintetizadores a partir de materiais que já estão na Lua.

Dividir a água em seus átomos componentes não é uma ideia nova, e já existe um punhado de tecnologias para fazer o trabalho, mas a maioria delas é volumosa, complexa e cara. Os defensores das células PEC dizem que são uma alternativa compacta que pode ser ampliada o suficiente para suportar um assentamento lunar.

A bordo da Estação Espacial Internacional, ou ISS, os painéis solares geram eletricidade para tudo a bordo, incluindo o dispositivo que divide as moléculas de água para produzir oxigênio (curiosidade: parte do oxigênio que os astronautas respiram vem de seu próprio xixi reciclado). Mas em um dispositivo PEC, a luz solar está diretamente envolvida na reação química, não apenas uma fonte de energia para outro equipamento. É menos eficiente que a configuração da ISS, mas também é muito mais compacta e envolve menos partes móveis, o que é uma vantagem para qualquer equipamento que precise voar para a Lua.

Os painéis solares da Estação Espacial Internacional produzem eletricidade, que é usada no processo de separação da água a bordo. Isso é diferente das células PEC, que convertem a luz solar diretamente em energia química para a reação.

Brinkert e seus colegas queriam explorar se as células PEC poderiam realmente ajudar os futuros colonos lunares a converter gelo (como o suprimento escondido nas sombras da cratera Shackleton perto do polo sul da Lua) em ar respirável e hidrogênio líquido. Uma maneira de testar isso poderia ter sido colocar células PEC reais em um ambiente construído para simular as condições da Lua, desde a temperatura até a presença de poeira rochosa fina chamada regolito. Uma maneira mais fácil de testá-lo, porém, era colocar as reações químicas que acontecem em uma célula PEC em uma série de equações, que também incluíam fatores como temperatura, quantidade de luz solar que atingiria as células e os efeitos do regolito.

Os resultados parecem promissores, de acordo com um artigo publicado na revista Nature.

“Mostramos que a aplicação desses dispositivos pode ir além da Terra e potencialmente contribuir para a realização da exploração espacial humana”, escrevem Brinkert e seus colegas.