Die Herstellung von Sauerstoff mit Magneten könnte Astronauten helfen, leichter zu atmen

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

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

Die Aufrechterhaltung der Atmung für Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation und anderer Raumfahrzeuge ist ein komplexer und kostspieliger Prozess. Wenn Menschen zukünftige Missionen zum Mond oder Mars planen, wird bessere Technologie benötigt.

Hauptautor Alvaro Romero Calvo, neuer Ph.D. „Auf der Internationalen Raumstation wird Sauerstoff mithilfe einer Elektrolysezelle erzeugt, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet, aber dann muss man diese Gase aus dem System herausholen“, sagt der Absolvent der University of Colorado Boulder Der NASA-Forscher Ames kam zu dem Schluss, dass die Anpassung derselben Struktur auf einer Reise zum Mars eine so große Masse und Zuverlässigkeitsnachteile hätte, dass es keinen Sinn machen würde, sie zu verwenden.“

„Effiziente Phasentrennung in Umgebungen mit geringer Schwerkraft ist ein Hindernis für die bemannte Weltraumforschung und ist seit den ersten Flügen ins All in den 1960er Jahren bekannt“, sagt Dr. Katharina Brinkert vom Department of Chemistry und dem Center for Applied Space Technology der University of Warwick und Mikrogravitation (ZARM) in Deutschland.Für ein Lebenserhaltungssystem an Bord des Raumfahrzeugs und der Internationalen Raumstation (ISS), wo Sauerstoff für die Besatzung in Wasserelektrolysesystemen produziert wird und eine Trennung von der Elektrode und dem flüssigen Elektrolyten erfordert.“

Das Hauptproblem ist der Auftrieb.

Stellen Sie sich ein Glas Soda vor. Auf der Erde sprudelt Kohlendioxid₂ Sie schweben schnell nach oben, aber ohne Schwerkraft können diese Blasen nirgendwo hin. Stattdessen bleiben sie in der Flüssigkeit suspendiert.

Die NASA verwendet derzeit Zentrifugen, um die Gase auszustoßen, aber diese Maschinen sind groß und erfordern viel Masse, Energie und Wartung. Inzwischen hat das Team Experimente durchgeführt, die belegen, dass Magnete in einigen Fällen die gleichen Ergebnisse erzielen können.

Obwohl magnetische 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 beweisen.

Betreten Sie das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Deutschland. Dort leitete Brinkert, der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geförderte Forschungsarbeiten durchführt, das Team bei erfolgreichen experimentellen Tests an einer speziellen Fallturmanlage, die Mikrogravitationsbedingungen simuliert.

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

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

Dr. Brinkert: „Diese Effekte haben gravierende Konsequenzen für die Weiterentwicklung von Phasentrennsystemen, wie etwa der Langstrecken-Raumfahrt, und legen nahe, dass eine effiziente Sauerstoff- und beispielsweise Wasserstoffproduktion in Hydroelektrolyseursystemen auch ohne nahezu vollständiges Fehlen erreicht werden kann Auftriebskraft.

Professor Hanspeter Schaub von der University of Colorado Boulder sagt: „Nach Jahren analytischer und rechnerischer Forschung hat die Möglichkeit, diesen erstaunlichen Fallturm in Deutschland zu nutzen, konkrete Beweise dafür geliefert, dass dieses Konzept in der Schwerelosigkeit des Weltraums funktionieren wird.“