Dicas técnicas: produção de oxigênio · 16 mai 2024

Produção de oxigênio: MOXIE

Como o MOXIE fez oxigênio a partir do ar marciano, quanta energia ele usa e o que isso significa para as próximas missões.

O Experimento de Utilização de Recursos In Situ de Oxigênio em Marte (MOXIE, na sigla em inglês) é uma tecnologia essencial desenvolvida por humanos para apoiar a exploração humana de Marte. Seu objetivo principal é produzir oxigênio a partir da atmosfera marciana, composta principalmente de dióxido de carbono (CO2). Veja a seguir como o MOXIE funciona, por que ele é importante e qual pode ser o seu impacto nas futuras missões a Marte:

Como o MOXIE funciona

Entrada da atmosfera: O MOXIE aspira o ar marciano, que tem cerca de 96% de dióxido de carbono (CO2). Eletrólise do CO2: O processo central é a eletrólise de óxido sólido. O MOXIE aquece o CO2 a cerca de 800 graus Celsius (cerca de 1472 graus Fahrenheit) e depois usa um material cerâmico em sua unidade de eletrólise para separar as moléculas de CO2 em oxigênio (O2) e monóxido de carbono (CO). Produção de oxigênio: Os íons de oxigênio resultantes são então isolados e recombinados para formar O2, o oxigênio respirável de que precisamos. Escape: O subproduto, o monóxido de carbono (CO), é liberado de volta na atmosfera marciana.

Componentes principais

Eletrolisador de óxido sólido (SOE): O coração do MOXIE, responsável pela eletrólise do CO2. Aquecedor: Eleva a temperatura ao nível necessário para uma eletrólise eficiente. Compressor: Aspira e comprime a tênue atmosfera marciana até a pressão necessária para o processamento.

A importância do MOXIE

Suporte à vida: Produzir oxigênio em Marte é essencial para sustentar a vida humana. Cada astronauta precisaria de cerca de 1 quilograma (2,2 libras) de oxigênio por dia para respirar. Combustível de foguete: O oxigênio também é um componente essencial do propelente de foguetes. Para um veículo de subida de Marte, produzir oxigênio no local poderia reduzir bastante a necessidade de transportar grandes quantidades da Terra, tornando as missões mais viáveis e econômicas. Prova de conceito: O MOXIE demonstra as tecnologias de utilização de recursos in situ (ISRU), essenciais para uma presença humana sustentável e de longo prazo em Marte.

Conquistas e perspectivas

Sucesso inicial: O MOXIE produziu oxigênio em Marte pela primeira vez em abril de 2021, a bordo do rover Perseverance da NASA. Foi um marco, que provou que é possível gerar oxigênio a partir de recursos marcianos. Aumento de escala: As futuras versões do MOXIE precisarão ser muito maiores para atender às necessidades de missões tripuladas. A unidade atual foi projetada para produzir cerca de 10 gramas de oxigênio por hora, mas os sistemas futuros precisariam gerar quantidades muito maiores. Integração com as missões a Marte: Sistemas MOXIE em grande escala poderiam ser integrados a futuros habitats em Marte ou instalados em pontos estratégicos da superfície para produzir oxigênio continuamente, tanto para o suporte à vida quanto para a produção de combustível.

Desafios e considerações

Necessidades de energia: O processo de aquecimento e eletrólise exige muita energia. Fontes de energia eficientes e confiáveis, como reatores nucleares ou grandes campos solares, serão essenciais. Durabilidade e confiabilidade: O ambiente severo de Marte impõe desafios à vida útil dos equipamentos. Poeira, extremos de temperatura e radiação precisam ser considerados no projeto e na operação das futuras unidades MOXIE. Gestão do subproduto: Será preciso lidar com o monóxido de carbono de forma segura e eficiente, para que ele não represente um risco ao habitat nem aos astronautas.

Consumo de energia do MOXIE

Potência necessária para operar: O MOXIE precisa de aproximadamente 300 watts para funcionar. Essa energia é usada principalmente para aquecer o CO2 a temperaturas altas (cerca de 800 graus Celsius) e para conduzir o processo de eletrólise de óxido sólido. Fonte de energia: O rover Perseverance, que carrega o MOXIE, é alimentado por um gerador termoelétrico de radioisótopos multimissão (MMRTG). O MMRTG converte em eletricidade o calor do decaimento radioativo natural do plutônio-238 e fornece uma fonte de energia confiável para o rover e seus instrumentos. Eficiência e taxa de produção:

O MOXIE foi projetado para produzir cerca de 10 gramas de oxigênio por hora. Isso equivale a aproximadamente 12 gramas de O2 por quilowatt-hora (kWh) de energia consumida.

Divisão da energia

Aquecimento: Boa parte da energia é usada para aquecer o CO2 à temperatura necessária para a eletrólise. Eletrólise: O próprio processo de eletrólise de óxido sólido também exige um fornecimento constante de energia para separar as moléculas de CO2 em oxigênio e monóxido de carbono.

Considerações para o futuro

Nas futuras versões maiores do MOXIE, a demanda de energia aumentará de forma proporcional à quantidade de oxigênio necessária. Garantir uma fonte de energia suficiente e confiável será essencial para a produção sustentada de oxigênio. Entre as possíveis fontes de energia para as futuras missões a Marte estão:

Energia nuclear: Reatores nucleares compactos poderiam fornecer energia constante e robusta. O projeto Kilopower da NASA, por exemplo, busca desenvolver reatores nucleares pequenos e portáteis para missões espaciais. Energia solar: Poderiam ser usados painéis solares, embora precisem ser grandes o suficiente para gerar a energia necessária e ser mantidos livres da poeira marciana para conservar a eficiência. Armazenamento de energia: Soluções eficientes de armazenamento, como baterias avançadas ou supercapacitores, seriam necessárias para guardar energia para os períodos sem energia solar, como durante tempestades de poeira ou à noite.

Conclusão

O MOXIE representa um passo decisivo no desenvolvimento das tecnologias necessárias para a exploração e a colonização humanas de Marte. Ao produzir oxigênio a partir da atmosfera marciana, o MOXIE não só oferece uma possível solução de suporte à vida, como também aumenta de forma significativa a viabilidade de missões sustentáveis e de longo prazo. O desenvolvimento e o aumento de escala da tecnologia MOXIE serão fundamentais para transformar em realidade a visão de humanos vivendo e trabalhando em Marte.