Para sobreviver em outros planetas, os humanos precisarão de dispositivos fotoeletroquímicos

Apesar dos ambiciosos objetivos estabelecidos pela NASA e outras agências espaciais com o programa Artemis, a exploração do espaço exterior e a presença humana de longo prazo na Lua e em outros planetas ainda estão distantes. Há muitas incógnitas, começando pelo problema dos recursos e pela necessidade de sustentar a vida em lugares onde nenhum ser humano poderia sobreviver por conta própria. Conhece os dispositivos fotoeletroquímicos?

Novas pesquisas publicadas pela Nature exploram uma abordagem inovadora para o problema dos recursos mencionado, afirmando que a tecnologia que os humanos têm utilizado até agora para viver na Estação Espacial Internacional (ISS) não serve para nada além da estação orbital. Os astronautas precisarão de algo diferente para viver na Lua ou em Marte, e os cientistas acreditam que dispositivos fotoeletroquímicos podem ser a solução.

Escrito pela professora assistente da Universidade de Warwick, Katharina Brinkert, o artigo afirma que cerca de 1,5 kW do orçamento total de energia de 4,6 kW do Sistema de Controle Ambiental e Suporte de Vida da ISS é atualmente usado para gerar oxigênio por meio de um processo de eletrólise baseado em fotovoltaica. A Assembleia Geradora de Oxigênio (OGA, na sigla em inglês) a bordo da estação espacial aplica corrente elétrica direta para induzir uma reação química não espontânea, separando moléculas de oxigênio do hidrogênio para que os astronautas possam respirar no espaço.

O processo de dois estágios do sistema OGA (convertendo a luz solar em eletricidade e usando eletricidade para o processo eletrolítico) é caro, complicado e propenso a falhas, tornando-se um problema em missões espaciais mais longas e distantes da Terra. Uma abordagem alternativa sugerida por Brinkert e colegas é usar dispositivos fotoeletroquímicos (PEC) em vez de eletrolisadores fotovoltaicos.

Comparado ao OGA, um dispositivo PEC seria baseado em um processo de um único estágio projetado para converter energia solar diretamente em energia química. Materiais semicondutores transformariam a radiação eletromagnética em oxigênio e hidrogênio, sem a necessidade de produção de eletricidade intermediária. A tecnologia PEC está sendo pesquisada aqui na Terra como uma solução potencial para o aquecimento global e suas catástrofes de tonalidade alaranjada, mas também pode funcionar muito bem no espaço.

O artigo de pesquisa estabelece “os fundamentos teóricos para a aplicação de dispositivos PEC em habitats na Lua e em Marte”, explorando a viabilidade de máquinas PEC especificamente projetadas para produzir oxigênio e reciclar dióxido de carbono nessas terras distantes e alienígenas.

A abordagem fotoeletroquímica é aparentemente válida, conclui o artigo, embora ainda existam algumas questões a serem resolvidas. Os esforços de pesquisa ainda estão em andamento em relação à eficiência a longo prazo e à “densidade de energia” dos dispositivos PEC, enquanto a “Utilização de Recursos In Situ” (ou seja, usar o material encontrado na Lua ou em Marte para construir essas máquinas PEC) e a capacidade de funcionar em condições de microgravidade parecem ser menos problemáticas.

O potencial dos dispositivos fotoeletroquímicos: uma alternativa viável para missões espaciais

O estudo publicado pela Nature abre caminho para uma nova perspectiva no campo das missões espaciais de longa duração. A utilização de dispositivos fotoeletroquímicos (PEC) para produção de oxigênio em habitats extraterrestres surge como uma alternativa promissora e viável. Ao contrário dos sistemas atuais baseados em eletrólise fotovoltaica, os dispositivos PEC são capazes de converter diretamente a energia solar em energia química, sem a necessidade de etapas intermediárias de produção de eletricidade.

A principal vantagem dos dispositivos PEC reside na simplificação do processo de produção de oxigênio no espaço, tornando-o mais eficiente e menos propenso a falhas. Enquanto os sistemas convencionais exigem a conversão da luz solar em eletricidade antes de iniciar a produção de oxigênio, os dispositivos PEC realizam essa conversão diretamente, economizando recursos valiosos e reduzindo o tempo necessário para produzir o gás vital.

Além disso, a pesquisa sugere que a utilização de recursos in situ, ou seja, a utilização de materiais encontrados na Lua ou em Marte, pode ser uma solução para construir e manter os dispositivos PEC. Essa abordagem reduziria significativamente a dependência de suprimentos da Terra, tornando as missões espaciais mais autossuficientes e sustentáveis a longo prazo.

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No entanto, embora a abordagem PEC pareça promissora, ainda há desafios a serem superados. A eficiência a longo prazo e a densidade de energia dos dispositivos PEC são áreas que exigem mais pesquisa e desenvolvimento. Além disso, adaptar os dispositivos PEC para trabalhar em condições de microgravidade é um desafio técnico que precisa ser abordado.

Em conclusão, a pesquisa sobre dispositivos fotoeletroquímicos para produção de oxigênio em habitats espaciais representa um avanço significativo na busca por soluções sustentáveis e eficientes. Embora ainda haja obstáculos a superar, a perspectiva de tornar as missões espaciais mais autossuficientes e menos dependentes de recursos da Terra é promissora. Com mais pesquisas e desenvolvimento, os dispositivos PEC podem desempenhar um papel fundamental na exploração espacial de longo prazo, abrindo novas possibilidades para a presença humana em lugares distantes e desconhecidos.