Estudiantes y profesores del Recinto de Río Piedras enviarán al espacio un artefacto, que ahora está en fase final de desarrollo, con el que buscan perfeccionar el proceso de purificación de desechos humanos.

Estudiantes y profesores del Recinto de Río Piedras de la Universidad de Puerto Rico (UPR) enviarán al espacio un artefacto, que ahora está en fase final de desarrollo, con el que buscan perfeccionar el proceso de purificación de la orina a fin de transformar sus residuos en energía.

El lanzamiento del aparato, cuyas dimensiones son dos pulgadas de ancho, por otras dos de alto y cuatro de largo, está programado para febrero de 2019.

Será enviado a la Estación Espacial Internacional –junto a otros proyectos de investigación– en un cohete de SpaceX, compañía contratada por la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA, en inglés).

“Necesitamos más tiempo en condiciones de cero gravedad para continuar nuestro proyecto, y por eso le escribimos una propuesta a la NASA para usar la Estación Espacial Internacional. Allí hay cero gravedad todo el tiempo”, indicó Eduardo Nicolau, coinvestigador principal del proyecto y profesor de Química, tras precisar que la dependencia federal les otorgó, el año pasado, una subvención de $100,000.

“Llevamos cerca de dos años preparándonos para tener el sistema hábil para el lanzamiento”, agregó Nicolau, con quien colaboran el también profesor de Química, Carlos Cabrera, y las estudiantes doctorales de Química, Camila Morales Navas y Jessika Pazol Ramos.

Urea y amoniaco

La idea de este proyecto surgió del reciclaje del agua de la orina que los astronautas realizan en sus misiones espaciales.

Actualmente, ese reciclaje o recuperación del agua de la orina se realiza con sistemas que consumen mucha energía. En esencia, la NASA usa procesos de destilación mediante los que calienta el agua hasta purificarla y hacerla apta para consumo.

“Le propusimos a la NASA un sistema para recuperar agua que se apoya en membranas, en lugar del proceso de destilación. Cuando a la orina le sacan el agua, los residuos o contaminantes que quedan suelen descartarse. Pero, como la NASA está buscando maneras de reciclar todo lo que se produce en la Estación Espacial Internacional, propusimos un sistema para aprovechar esos contaminantes”, señaló Nicolau.

Uno de los compuestos que por lo regular se descarta es la urea, que es, además, el de mayor abundancia en la orina humana.

Por lo tanto, Nicolau y su equipo recomendaron recuperar la urea y convertirla en una molécula de amoniaco, cuya particularidad es que sirve como combustible.

“La molécula de amoniaco tiene un contenido energético alto, así que se puede usar como combustible en el mismo proceso para obtener agua limpia. El sistema de recuperación de agua que proponemos, basado en membranas, no es altamenteenergético”, explicó.

Avión parabólico

Conscientes de que la conversión del amoniaco en electricidad es la parte que más investigación requiere, Nicolau y su equipo iniciaron, en 2012, estudios en condiciones de cero gravedad en el avión parabólico de la NASA.

La NASA tiene un espacio aéreo, en el área del golfo de México, destinado a este tipo de proyecto. El avión se eleva a 35,000 pies de altura, a una inclinación de 45 grados, y “llega un punto en el que lo dejan caer”, generando condiciones de cero gravedad por 30 segundos. El proceso se repite varias veces durante un mismo vuelo, lo que crea parábolas o curvas simétricas.

Morales Navas relató que, en total, hicieron cinco vuelos en el avión parabólico de la NASA.

El equipo diseñó y construyó un “sistema completo” para estudiar la reacción del amoniaco en cero gravedad. En los primeros experimentos hallaron, por ejemplo, que los materiales que usaban para que las moléculas liberaran su energía reducía su eficiencia hasta en 60%. Para cambiar eso, buscaron otros materiales, conocidos como catalíticos, hasta que lograron las condiciones idóneas para la aplicación final: una célula o celda de combustible.

“Pero nos dimos cuenta, después de todo eso, de que necesitábamos más tiempo para evaluación. Los 30 segundos de cero gravedad que nos daba el avión parabólico era muy poco”, dijo Morales Navas.

Nuevo reto

Durante los cinco vuelos en el avión parabólico de la NASA, el equipo utilizó un equipo “bien grande”, que medía tres pies de ancho, por otros tres de alto y cinco de largo. A ese equipo se adhería un rack o estante, en el que había una computadora.

“Era como de lo grande de un escritorio. Se amarraba con tornillos al avión y se forraba por seguridad, para que no hubiese accidentes. El nuevo reto era, entonces, cómo convertíamos eso en un aparato más pequeño que una caja de zapatos”, apuntó Morales Navas.

Se refirió a que la NASA impone restricciones de tamaño, peso y consumo energético, entre otras, a los aparatos que se envían a la Estación Espacial Internacional.

“El mayor reto era el diseño ingenieril, pero también conservar la electroquímica”, reiteró Morales Navas

A esos efectos, el equipo inició la búsqueda de una compañía que les construyera un potenciostato, es decir, un regulador de voltaje que se pega a los catalíticos y saca la corriente.

La compañía NuVant Systems, con sede en el estado de Indiana, “estuvo de acuerdo con las restricciones de la NASA y con hacer el equipo a la medida para nosotros, tanto las especificaciones experimentales como de tamaño”, dijo Morales Navas.

Añadió que en el diseño del aparato también colaboran científicos de la Universidad de Alicante, en España.

Varias fases

Como todo proyecto está dividido en fases, la primera fue dejarle saber a la NASA que el artefacto a lanzarse será autónomo en términos de recopilar datos.

El equipo busca, en esencia, que los astronautas de la Estación Espacial Internacional le dediquen atención mínima.

“Sabemos que lanzarán muchos aparatos como el nuestro. Estimamosque habrá como 700 experimentos a la vez. Por eso, lo que buscamos es que nuestro equipo funcione como un botón de prender y apagar. Mientras menos contacto humano tenga, mejor”, señaló Morales Navas.

Indicó que NuVant Systems está en la fase de construir el potenciostato, que será capaz de recopilar datos, almacenarlos en una memoria y enviarlos al centro de mando de la NASA.

La construcción del potenciostato debe culminar a principios de diciembre. La compañía NanoRacks, con sede en Texas, certificará que cumple con los criterios de la NASA.

Luego de eso, se incorporará la parte de electroquímica, o sea, una pieza tridimensional con pequeños círculos en los que se llevará a cabo el proceso de oxidación del amoniaco.

“El catalítico que se usará para la oxidación del amoniaco será nanopartículas de platino. El potenciostato enviará el comando de una diferencia en voltaje, y monitoreará la corriente que se produjo de esas nanopartículas de platino con amoniaco. Ese es el concepto fundamental de una celda de combustible”, explicó.

El proceso de oxidación del amoniaco se repetirá 12 veces, por espacio de tres horas.

Al momento, Nicolau y su equipo desconocen por cuánto tiempo su aparato orbitará en la Estación Espacial Internacional.

Utilidad

Nicolau y Morales Navas señalaron que, una vez culmine la misión en la Estación Espacial Internacional, esperan recuperar el aparato y hacer el análisis de datos. Previeron que ese proceso se llevaría a cabo entre abril y mayo del año próximo.

Como parte del análisis, esperan predecir no solo el comportamiento del amoniaco, sino de otras moléculas.

“Este proyecto puede tener aplicaciones tanto en asuntos biomédicos como en tecnología de cohetes y combustible”, dijo Morales Navas.

“La purificación del agua es uno de los procesos que más energía consume, por lo que las aplicaciones de este proyecto no solo son para la NASA, sino también para nosotros en la Tierra”, agregó Nicolau.


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