Otterremo ossigeno e carburante dall’acqua salata di Marte

Per le future missioni umane su Marte l’acqua è un elemento di fondamentale importanza e la buona notizia è che sul pianeta rosso il prezioso liquido c’è.
Ma c’è anche una notizia meno buona, Marte è gelido e la sua acqua, ricca di sali, non può essere bevuta ne utilizzata ricorrendo semplicemente all’elettrolisi per scomporla in ossigeno (da respirare) e idrogeno (utilizzato come carburante). Prima di poter utilizzare l’acqua marziana occorre rimuovere il sale con mezzi ingombranti e in un ambiante che nasconde molte insidie.
Se fosse possibile estrarre l’ossigeno e l’idrogeno direttamente dall’acqua salata, il processo di elettrolisi della salamoia sarebbe molto meno complicato e soprattutto meno costoso.
Gli ingegneri della McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis hanno sviluppato un sistema che ha ottenuto proprio questi risultati. La loro ricerca è stata pubblicata negli Atti della National Academy of Sciences ( PNAS ).
Il gruppo di ricerca, guidato da Vijay Ramani, Roma B. e Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor presso il Dipartimento di Energia, Ingegneria Ambientale e Chimica, non ha semplicemente convalidato il nuovo sistema di elettrolisi della salamoia in condizioni terrestri tipiche; il sistema è stato esaminato in un’atmosfera marziana simulata a -36 ° C.
“Il nostro elettrolizzatore di salamoia marziano cambia radicalmente il calcolo logistico delle missioni su Marte e oltre”, ha detto Ramani. “Questa tecnologia è ugualmente utile sulla Terra, dove apre agli oceani come una valida fonte di ossigeno e carburante “
Nell’estate del 2008, il Phoenix Mars Lander della NASA “assaggiò” l’acqua marziana, dopo averne confermato la presenza analizzato i vapori del ghiaccio sciolto scavato dal suo braccio robotico. Da allora, il Mars Express dell’Agenzia spaziale europea (ESA) ha scoperto diversi stagni sotterranei d’acqua che rimangono allo stato liquido grazie alla presenza di perclorato di magnesio, un sale.
Per vivere e operare, anche temporaneamente, su Marte e per facilitare il viaggio di ritorno sulla Terra, gli astronauti dovranno produrre alcune sostanze necessarie, tra cui acqua e carburante, sul Pianeta Rosso. Il rover Perseverance della NASA è diretto verso Marte ora, portando a bordo strumenti che utilizzeranno l’elettrolisi ad alta temperatura. Tuttavia, il Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), produrrà solo ossigeno dall’anidride carbonica presente nell’atmosfera marziana.
Il sistema sviluppato nel laboratorio di Ramani può produrre, a parità di energia spesa, 25 volte più ossigeno di MOXIE. Produce inoltre il prezioso idrogeno, che potrebbe essere utilizzato per alimentare i propulsori nel viaggio di ritorno sulla Terra.
“Il nostro nuovo elettrolizzatore di salamoia incorpora un anodo di pirocloro di rutenato di piombo sviluppato dal nostro team insieme a un catodo di platino su carbonio”, ha spiegato Ramani. “Questi componenti progettati con cura, abbinati all’uso ottimale dei tradizionali principi di ingegneria elettrochimica, hanno prodotto queste prestazioni elevate“.
Il design accurato e lo speciale l’anodo consentono al sistema di funzionare senza la necessità di riscaldare o purificare la sorgente d’acqua.
“Paradossalmente, le impurità come il perclorato disciolto nell’acqua, in realtà sono utili in un ambiente come quello di Marte”, ha detto Shrihari Sankarasubramanian, scienziato ricercatore del gruppo di Ramani e primo autore dell’articolo.
“Impediscono all’acqua di congelarsi”, ha aggiunto Sankarasubramanian, “migliorando le prestazioni del sistema elettrolizzatore abbassando la resistenza elettrica”.
In genere, gli elettrolizzatori ad acqua utilizzano acqua deionizzata altamente purificata, che si aggiunge al costo del sistema. Un sistema in grado di funzionare con acqua “subottimale” o salata, come la tecnologia dimostrata dal team di Ramani, può aumentare in modo significativo la proposta di valore economico degli elettrolizzatori dell’acqua ovunque, anche qui sul pianeta Terra.
“Avendo dimostrato questi elettrolizzatori in condizioni marziane impegnative, intendiamo distribuirli anche in condizioni molto più miti sulla Terra per utilizzare acqua salmastra o salata per produrre idrogeno e ossigeno, ad esempio attraverso l’elettrolisi dell’acqua di mare”, ha detto Pralay Gayen, ricercatore post-dottorato associato nel gruppo di Ramani e anche primo autore congiunto di questo studio.
Tali applicazioni potrebbero essere utili al settore della difesa, producendo ossigeno nei sottomarini, ad esempio. Potrebbe anche fornire ossigeno mentre esploriamo ambienti inesplorati sulla Terra, nel mare profondo.
Fonte: https://phys.org/news/2020-11-tech-oxygen-fuel-mars-salty.html