Dalla nascita dell’era spaziale negli anni Sessanta, una delle sfide principali è stata garantire una produzione affidabile di ossigeno per la sopravvivenza degli astronauti. Sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), l’ossigeno viene ottenuto tramite elettrolisi dell’acqua, un processo che divide la molecola in idrogeno e ossigeno. Tuttavia, in assenza di gravità, le bolle di gas non si staccano facilmente dagli elettrodi, riducendo l’efficienza e richiedendo sistemi complessi di separazione meccanica, come centrifughe e pompe. Questi apparati, pesanti ed energivori, consumano fino a 1,5 kW — circa un terzo dell’intero fabbisogno del sistema di supporto vitale a bordo ISS.
La soluzione: sfruttare il magnetismo
Un team internazionale guidato da ricercatori dello ZARM (Centro di Tecnologia Spaziale Applicata e Microgravità di Brema), della University of Warwick e del Georgia Institute of Technology ha dimostrato che i magneti permanenti possono migliorare drasticamente l’elettrolisi in microgravità.
L’idea si fonda su due principi fisici:
- Forza di Lorentz: generata dall’interazione tra il campo magnetico e la corrente elettrica, capace di indurre movimenti convettivi del liquido (magnetoidrodinamica).
- Polarizzazione magnetica del liquido: che crea una sorta di “galleggiamento magnetico” in grado di spingere le bolle di gas lontano dagli elettrodi.
Nei test condotti nella torre a caduta di Brema, che simula la microgravità per circa 9 secondi, l’uso di magneti al neodimio ha portato a un miglioramento della densità di corrente fino al +240% rispetto ai dispositivi non modificati.
Due approcci tecnologici innovativi
I ricercatori hanno sviluppato e testato due prototipi:
- Cella a membrana a scambio protonico (PEM): utilizza la forza diamagnetica per favorire il distacco e la raccolta delle bolle, senza parti meccaniche in movimento. In questo modo, è possibile ottenere ossigeno e idrogeno con efficienze quasi terrestri, eliminando il problema della formazione di schiuma e migliorando la stabilità operativa.
- Dispositivo magnetoidrodinamico (MHD drive): sfrutta la forza di Lorentz per generare un moto vorticoso del liquido, che separa naturalmente le bolle di gas dall’acqua. Anche in questo caso, la tecnologia funziona senza pompe né centrifughe, riducendo consumi energetici e rischi di guasti.
Entrambi i sistemi hanno dimostrato la capacità di produrre ossigeno e idrogeno in condizioni di microgravità con efficienze paragonabili a quelle terrestri, ma con architetture molto più semplici, leggere e robuste.
Prospettive per le missioni spaziali
Questa ricerca rappresenta un passo fondamentale verso sistemi di supporto vitale più sostenibili per le future missioni lunari e marziane. Eliminando la necessità di componenti meccaniche complesse, i dispositivi magnetici:
- riducono il peso e i consumi energetici;
- aumentano l’affidabilità operativa;
- semplificano la manutenzione in ambienti estremi.
Il prossimo passo sarà testare questi sistemi in voli suborbitali e successivamente in missioni spaziali reali. Se confermati, i risultati potrebbero portare a un cambio di paradigma nella produzione di ossigeno nello spazio, rendendo più vicina la prospettiva di missioni umane di lunga durata su Luna e Marte.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?