Die Herstellung von Sauerstoff aus Magneten könnte Astronauten helfen, besser zu atmen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter ein Chemiker der University of Warwick, hat einen besseren Weg vorgeschlagen, Sauerstoff für Astronauten im Weltraum mithilfe von Magnetismus herzustellen.

Die Schlussfolgerung wird aus neuen Forschungsergebnissen zur magnetischen Phasentrennung in der Mikrogravitation gezogen, die in veröffentlicht wurden npj Mikrogravitation von Forschern der University of Warwick im Vereinigten Königreich, der University of Colorado at Boulder und der Freien Universität Berlin in Deutschland.

Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation und anderer Raumfahrzeuge zum Atmen zu bringen, ist ein komplizierter und teurer Prozess. Wenn Menschen zukünftige Missionen zum Mond oder Mars planen, wird bessere Technologie benötigt.

Hauptautor Álvaro Romero-Calvo, ein kürzlich promovierter Dr. Absolvent der University of Colorado in Boulder, sagt, dass „auf der Internationalen Raumstation Sauerstoff mithilfe einer Elektrolysezelle erzeugt wird, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet, aber dann muss man diese relativ neue Analyse des NASA-Forschers Ames entfernen, die zu dem Schluss kam, dass Anpassung Dieselbe Architektur würde bei einer Reise zum Mars so große Masse- und Zuverlässigkeitseinbußen nach sich ziehen, dass es keinen Sinn machen würde, sie zu verwenden.

Dr. Katharina Brinkert vom Fachbereich Chemie und dem Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Universität Warwick in Deutschland erklärt, dass „eine effiziente Phasentrennung in Umgebungen mit reduzierter Gravitation ein Hindernis für die Erforschung des Weltraums ist und seit den ersten Flügen bekannt ist in den 1960er Jahren ins All. Dieses Phänomen stellt eine besondere Herausforderung für das Lebenserhaltungssystem an Bord von Raumfahrzeugen und der Internationalen Raumstation (ISS) dar, da der Sauerstoff für die Besatzung in Wasserelektrolyseanlagen erzeugt wird und eine Trennung von Elektrode und Flüssigkeit erfordert Elektrolyt.

Das zugrunde liegende Problem ist der Auftrieb.

Stellen Sie sich ein Glas Limonade vor. Auf der Erde sprudelt CO₂ schweben schnell nach oben, aber ohne Schwerkraft können diese Blasen nirgendwo hin. Stattdessen bleiben sie in der Flüssigkeit suspendiert.

Die NASA verwendet derzeit Zentrifugen zum Ausstoßen von Gasen, aber diese Maschinen sind groß und erfordern erhebliche Masse, Leistung und Wartung. In der Zwischenzeit führte das Team Experimente durch, die zeigten, dass Magnete in einigen Fällen die gleichen Ergebnisse erzielen konnten.

Obwohl diamagnetische Kräfte gut bekannt und verstanden sind, wurde ihre Verwendung durch Ingenieure in Weltraumanwendungen nicht vollständig erforscht, da die Schwerkraft es schwierig macht, die Technologie auf der Erde zu demonstrieren.

Betreten Sie das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Deutschland. Dort leitete Brinkert, dessen laufende Forschung vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert wird, das Team bei erfolgreichen experimentellen Tests in einer speziellen Fallturmanlage, die Mikrogravitationsbedingungen simuliert.

Hier entwickelten die Gruppen ein Verfahren zum Ablösen von Gasblasen von Elektrodenoberflächen in Mikrogravitationsumgebungen, die für 9,2 s am Bremer Fallturm erzeugt wurden. Diese Studie zeigt zum ersten Mal, dass Gasblasen von einem einfachen Neodym-Magneten in der Schwerelosigkeit „angezogen“ und „abgestoßen“ werden können, indem man ihn in verschiedene Arten von wässrigen Lösungen eintaucht.

Die Forschung könnte neue Wege für Wissenschaftler und Ingenieure eröffnen, die Sauerstoffsysteme entwickeln, sowie andere Weltraumforschungen, die Flüssigkeits-Gas-Phasenänderungen beinhalten.

Dr. Brinkert sagt, dass „diese Effekte enorme Auswirkungen auf die Weiterentwicklung von Phasentrennsystemen haben, beispielsweise für langfristige Weltraummissionen, was darauf hindeutet, dass eine effiziente Produktion von Sauerstoff und beispielsweise Wasserstoff in Wasser (Photo-)Elektrolysesystemen erfolgen kann selbst bei nahezu vollständiger Abwesenheit der Auftriebskraft erreicht.

Professor Hanspeter Schaub von der University of Colorado in Boulder sagt, dass „nach jahrelanger analytischer und rechnerischer Forschung die Möglichkeit, diesen unglaublichen Fallturm in Deutschland zu verwenden, den konkreten Beweis erbracht hat, dass dieses Konzept in der räumlichen Null-G-Umgebung funktionieren wird“.