Bild https://warwick.ac.uk/
Professor Katerina Brinkert, hedersprofessor vid University of Warwick och
professor i Human Space Exploration Technologies och chef för ZARM, beskriver:
"Vi kunde bevisa att vi inte behöver centrifuger eller några mekaniska
rörliga delar för att separera det producerade vätet och syret från den
flytande elektrolyten. Vi behöver inte ens extra kraft. Istället är det ett
helt passivt system som kräver lite underhåll."
Det vanliga sättet att producera syre i rymden är genom vattenelektrolys, en process som delar upp vatten i väte och syre med hjälp av elektroder nedsänkta i en elektrolyt. I omloppsbanans tyngdlöshet svävar dock inte gasbubblor uppåt. Istället tenderar de att fastna på elektroderna och förbli svävande i vätskan, vilket kräver ett komplext, skrymmande och strömkrävande vätskehanteringssystem för uppdelningen som är opraktiskt för långvariga uppdrag eftersom varje kilo utrustning i rymden och varje producerad watt är en kostnad.
Det internationella teamet forskare från
University of Warwick, Georgia Institute of Technology och ZARM kan nu visa att
en enkel lösning till magnetfält som kan stödja separationen av gasbubblor från
elektroder i en mikrogravitationsmiljö. Lösningen skapades vid Bremen Drop
Tower utan skrymmande utrustning. Professor Katerina Brinkert, hedersprofessor
vid University of Warwick och professor i Human Space Exploration Technologies chef för ZARM, beskriver: "Vi kunde visa att vi inte behöver
centrifuger eller några mekaniska rörliga delar för att separera det
producerade vätet och syret från den flytande elektrolyten. Vi behöver inte ens
extra kraft. Istället är det ett helt passivt system som kräver lite
underhåll."
Dr. Álvaro Romero-Calvo, biträdande professor, Georgia Institute of Technology beskriver: "Vårt team kunde visa att magnetiska krafter kan styra elektrokemiska bubbelflöden i mikrogravitation vilket avviker från den senaste tekniken inom låggravitationsvätskemekanik och möjliggör framtida arkitekturer för bemannade rymdfärder."
Med hjälp av vanliga permanentmagneter utvecklade
forskargruppen ett passivt fasseparationssystem som trycker bort bubblorna från
elektroderna och samlar in dem på utsedda platser.
För att uppnå detta genombrott utvecklade teamet två
kompletterande metoder för att möjliggöra insamling av syrebubblor från
elektroden. Den första drar nytta av hur vatten naturligt reagerar på magnetism i mikrogravitation och leder gasbubblor mot uppsamlingsplatser.
Den andra metoden använder magnetohydrodynamiska
krafter, som uppstår från interaktionen mellan magnetfält och elektriska
strömmar som genereras av elektrolys. Detta skapar en snurrande rörelse i
vätskan som separerar gasbubblor från vatten genom konvektiva effekter vilket
uppnår fasseparation som mekaniska centrifuger som används på ISS, men med
hjälp av magnetiska krafter istället för mekanisk rotation.
Forskarnas resultat är en fyra års gemensam forskning.
Álvaro Romero-Calvo från Georgia Tech tog fram den ursprungliga idén och
utförde beräkningarna och de numeriska simuleringarna redan 2022. Han fortsatte
sedan att utveckla ett system för att spjälka vatten till syre och väte med
hjälp av magnetiska effekter. För att bevisa och kvantifiera teorin i elektro-
och fotoelektrokemiska uppställningar utvecklade Katharina Brinkerts team vid
Warwick (fram till 2024) och sedan ZARM, experiment och enheter som ska
utvärderas i mikrogravitation.
Publiceringen av studien finns nu i en Nature Chemistry –publikation där teamet av forskare från University of Warwick, Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) vid University of Bremen och Georgia Institute of Technology beskriver den anmärkningsvärt enkla och eleganta lösningen för att göra framtidens syreproduktion lättare, enklare och mer hållbar med hjälp av magnetism.
