Consejos técnicos: producción de oxígeno · 16 may 2024

Producción de oxígeno: MOXIE

Cómo MOXIE produjo oxígeno a partir del aire marciano, cuánta energía necesita y qué significa para las futuras misiones.

El Experimento de Utilización de Recursos In Situ de Oxígeno en Marte (MOXIE, por sus siglas en inglés) es una tecnología clave desarrollada por humanos para apoyar la exploración humana de Marte. Su objetivo principal es producir oxígeno a partir de la atmósfera marciana, compuesta sobre todo por dióxido de carbono (CO2). Esta es una mirada detallada a cómo funciona MOXIE, por qué es importante y cuál puede ser su impacto en las futuras misiones a Marte:

Cómo funciona MOXIE

Entrada de atmósfera: MOXIE aspira aire marciano, que contiene cerca de un 96 % de dióxido de carbono (CO2). Electrólisis del CO2: El proceso central es la electrólisis de óxido sólido. MOXIE calienta el CO2 a unos 800 grados Celsius (unos 1472 grados Fahrenheit) y luego usa un material cerámico en su unidad de electrólisis para separar las moléculas de CO2 en oxígeno (O2) y monóxido de carbono (CO). Producción de oxígeno: Los iones de oxígeno resultantes se aíslan y se recombinan para formar O2, el oxígeno respirable que necesitamos. Escape: El subproducto, el monóxido de carbono (CO), se libera de nuevo a la atmósfera marciana.

Componentes clave

Electrolizador de óxido sólido (SOE): El corazón de MOXIE, responsable de la electrólisis del CO2. Calentador: Eleva la temperatura al nivel necesario para una electrólisis eficiente. Compresor: Aspira y comprime la tenue atmósfera marciana hasta la presión necesaria para el procesamiento.

La importancia de MOXIE

Soporte vital: Producir oxígeno en Marte es esencial para sostener la vida humana. Cada astronauta necesitaría cerca de 1 kilogramo (2,2 libras) de oxígeno al día para respirar. Combustible para cohetes: El oxígeno también es un componente esencial del propelente de los cohetes. Para un vehículo de ascenso desde Marte, producir oxígeno allí podría reducir mucho la necesidad de transportar grandes cantidades desde la Tierra, haciendo las misiones más viables y rentables. Prueba de concepto: MOXIE demuestra las tecnologías de utilización de recursos in situ (ISRU), esenciales para una presencia humana sostenible y a largo plazo en Marte.

Logros y perspectivas

Éxito inicial: MOXIE produjo oxígeno por primera vez en Marte en abril de 2021, a bordo del rover Perseverance de la NASA. Fue un hito que demostró que se puede generar oxígeno a partir de recursos marcianos. Aumento de escala: Las futuras versiones de MOXIE tendrán que ser mucho mayores para satisfacer las necesidades de las misiones humanas. La unidad actual está diseñada para producir unos 10 gramos de oxígeno por hora, pero los sistemas futuros tendrían que generar cantidades mucho mayores. Integración con las misiones a Marte: Los sistemas MOXIE de gran escala podrían integrarse en los futuros hábitats de Marte o colocarse en lugares estratégicos de la superficie para producir oxígeno de forma continua, tanto para el soporte vital como para la producción de combustible.

Desafíos y consideraciones

Necesidades de energía: El proceso de calentamiento y electrólisis requiere mucha energía. Serán esenciales fuentes de energía eficientes y fiables, como reactores nucleares o grandes campos solares. Durabilidad y fiabilidad: El duro entorno marciano plantea desafíos para la vida útil de los equipos. El polvo, los extremos de temperatura y la radiación deben tenerse en cuenta en el diseño y el funcionamiento de las futuras unidades MOXIE. Gestión del subproducto: Será necesario gestionar el monóxido de carbono de forma segura y eficiente para que no suponga un peligro para el hábitat ni para los astronautas.

Consumo de energía de MOXIE

Potencia necesaria para operar: MOXIE necesita aproximadamente 300 vatios de potencia para funcionar. Esa energía se usa sobre todo para calentar el CO2 a temperaturas altas (alrededor de 800 grados Celsius) y para impulsar el proceso de electrólisis de óxido sólido. Fuente de energía: El rover Perseverance, que lleva a MOXIE, funciona con un generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG). El MMRTG convierte en electricidad el calor de la desintegración radiactiva natural del plutonio-238 y ofrece una fuente de energía fiable para el rover y sus instrumentos. Eficiencia y tasa de producción:

MOXIE está diseñado para producir unos 10 gramos de oxígeno por hora. Esto equivale a unos 12 gramos de O2 por kilovatio hora (kWh) de energía consumida.

Desglose de la energía

Calentamiento: Gran parte de la energía se usa para calentar el CO2 a la temperatura necesaria para la electrólisis. Electrólisis: El propio proceso de electrólisis de óxido sólido también necesita un suministro eléctrico constante para dividir las moléculas de CO2 en oxígeno y monóxido de carbono.

Consideraciones de futuro

En las versiones futuras de MOXIE a mayor escala, las necesidades de energía aumentarán en proporción al oxígeno que se necesite. Garantizar un suministro eléctrico suficiente y fiable será esencial para producir oxígeno de forma sostenida. Algunas posibles fuentes de energía para las futuras misiones a Marte son:

Energía nuclear: Los reactores nucleares compactos podrían ofrecer un suministro constante y robusto. El proyecto Kilopower de la NASA, por ejemplo, busca desarrollar reactores nucleares pequeños y portátiles para misiones espaciales. Energía solar: Se podrían usar paneles solares, aunque tendrían que ser lo bastante grandes para generar la energía necesaria y habría que mantenerlos libres del polvo marciano para conservar su eficiencia. Almacenamiento de energía: Harán falta soluciones eficientes, como baterías avanzadas o supercondensadores, para guardar energía y usarla cuando no haya energía solar, por ejemplo durante las tormentas de polvo o por la noche.

Conclusión

MOXIE representa un paso decisivo en el desarrollo de las tecnologías necesarias para la exploración y la colonización humanas de Marte. Al producir oxígeno a partir de la atmósfera marciana, MOXIE no solo ofrece una posible solución de soporte vital, sino que también aumenta de forma notable la viabilidad de misiones sostenibles a largo plazo. El desarrollo y el aumento de escala de la tecnología MOXIE serán clave para convertir en realidad la visión de humanos que viven y trabajan en Marte.