Oxigênio para astronautas pode ser produzido com magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/08/2022

Direcionamento magnético das bolhas, puxadas pelo ímã à direita.
[Imagem: Álvaro Romero-Calvo et al. - 10.1038/s41526-022-00212-9]

Separação de oxigênio com magnetismo

Pesquisadores estão propondo uma maneira mais simples, mais barata e que depende de equipamentos substancialmente menores para produzir oxigênio para os astronautas no espaço.

Na Estação Espacial Internacional, por exemplo, o oxigênio é gerado usando uma célula eletrolítica, que divide a água em hidrogênio e oxigênio. Aqui na Terra, os dois gases simplesmente sobem e podem ser capturados na superfície da água, mas no espaço, sem poder contar com a gravidade, é necessário usar centrífugas grandes, que gastam muita eletricidade e exigem manutenção constante.

Recentemente, um pesquisador do Centro de Pesquisas Ames, da NASA, concluiu que adaptar a mesma arquitetura em uma viagem a Marte teria custos de massa e de confiabilidade tão significativas que não faria nenhum sentido usar essa tecnologia, sendo necessário pensar em alternativas.

E a melhor alternativa pode estar no magnetismo - mais especificamente, em uma separação magnética de fases.

Em outras palavras, oxigênio e hidrogênio (fase gasosa) oriundos da eletrólise podem ser separados da água (fase líquida) tirando proveito das forças diamagnética e paramagnética - de uma perspectiva macroscópica, substâncias diamagnéticas e paramagnéticas são repelidas e atraídas, respectivamente, por dipolos magnéticos.

"Trabalhos anteriores sobre magnetohidrodinâmica de baixa gravidade exploraram a manipulação diamagnética de bolhas de ar na água, o posicionamento de materiais diamagnéticos, separação ar-água, crescimento de cristais de proteínas, posicionamento magnético positivo, agitação magnética de líquidos e otimização de combustão, entre outros. O uso de flutuabilidade magnética na separação de fases sob condições de microgravidade permanece, no entanto, em grande parte inexplorado," escreveu a equipe das universidades de Warwick (Reino Unido), Colorado Boulder (EUA) e Livre de Berlim (Alemanha).

A equipe fez os testes em água purificada, uma solução aquosa de MnSO₄, caldo de lisogenia (meio de cultura de bactérias) e azeite.
[Imagem: Álvaro Romero-Calvo et al. - 10.1038/s41526-022-00212-9]

Separação magnética de fases

Embora as forças diamagnéticas sejam bem conhecidas e compreendidas, seu uso em aplicações espaciais não tem sido adequadamente explorada porque a gravidade dificulta a demonstração da tecnologia na Terra.

Para baratear os custos, Álvaro Calvo e seus colegas foram para a Torre de Queda Livre de Bremen, que possui um tubo de queda livre de 122 metros de altura, que simula um ambiente sem gravidade com duração de quase 10 segundos.

Os experimentos demonstraram pela primeira vez que as bolhas de gás oriundas da eletrólise podem ser atraídas e repelidas por um ímã comum de neodímio no ambiente de microgravidade - e tudo funcionou em líquidos muito diferentes, de diferentes densidades.

"Campos magnéticos não homogêneos induzem uma fraca força de volume em meios contínuos que, devido às propriedades magnéticas diferenciais entre fases, resulta em um efeito líquido de empuxo. Este fenômeno é conhecido como empuxo magnético e tem sido aplicado a experimentos terrestres de ebulição com ferrofluidos," explicou a equipe.

"Esses efeitos têm consequências tremendas para o desenvolvimento de sistemas de separação de fases, bem como para as missões espaciais de longo prazo, sugerindo que a produção eficiente de oxigênio e, por exemplo, de hidrogênio em sistemas de (foto)eletrolisadores de água, pode ser alcançada mesmo na quase ausência da força de empuxo," acrescentou a professora Katharina Brinkert, coordenadora dos experimentos.

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