Een internationale groep wetenschappers heeft een innovatieve methode ontwikkeld om de zuurstofproductie in de ruimte te verbeteren met behulp van magnetische velden. Deze doorbraak, gepubliceerd in Nature Chemistry, biedt een efficiëntere en duurzamere oplossing voor levensondersteuningssystemen tijdens lange ruimtemissies, waar traditionele methoden zoals elektrolyse complex en energie-intensief zijn.
Het team, bestaande uit onderzoekers van het Georgia Institute of Technology, het Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) aan de Universiteit van Bremen en de Universiteit van Warwick, heeft een systeem ontworpen dat magnetische interacties benut om de efficiëntie van water elektrolyse in microzwaartekrachtomgevingen te verhogen. In microzwaartekracht blijven gasbellen die tijdens elektrolyse ontstaan vaak aan elektroden kleven, wat het proces belemmert. De magnetische velden sturen deze gasbellen weg van de elektroden, waardoor het scheidingsproces wordt verbeterd.
Dr. Álvaro Romero-Calvo van het Georgia Institute of Technology, die het onderzoek leidde, verklaarde dat het toepassen van magnetische velden de elektrochemische gasstromen in microzwaartekracht effectief kan beheersen. Door gebruik te maken van standaard permanente magneten, is een passief fase-scheidingssysteem gecreëerd dat gasbellen naar aangewezen verzamelpunten stuurt. Deze methode elimineert de noodzaak van complexe mechanische componenten zoals centrifuges en pompen, wat resulteert in een lichter, eenvoudiger en duurzamer systeem.
Vroege experimenten hebben aangetoond dat de efficiëntie van de elektrochemische cellen met deze methode tot wel 240% kan verbeteren. Het onderzoek belicht twee belangrijke magnetische interacties: diamagnetisme, dat water afstoot en gasbellen naar verzamelpunten leidt, en magnetohydrodynamica, dat ontstaat uit de interactie tussen magnetische velden en elektrische stromen, wat zorgt voor een draaiende beweging die gasbellen scheidt. Deze gecombineerde effecten verbeteren de ontkoppeling en beweging van gasbellen.
Om het systeem te valideren, voerden de onderzoekers experimenten uit in de ZARM Drop Tower in Bremen, Duitsland, die omstandigheden van microzwaartekracht simuleert. De resultaten bevestigden de effectiviteit van magnetische krachten bij het beheersen van elektrochemische gasstromen in microzwaartekracht. Dit is een significante vooruitgang in de vloeistofmechanica bij lage zwaartekracht en maakt toekomstige menselijke ruimtevaartarchitecturen mogelijk.
Het team is van plan hun methode verder te valideren via suborbitale raketvluchten om de effectiviteit ervan aan te tonen onder langdurige microzwaartekrachtomstandigheden. De financiering voor dit project werd verstrekt door het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR), het Europees Ruimteagentschap (ESA) en NASA, wat de internationale samenwerking en het belang van dit onderzoek onderstreept.