O Experimento que vai produzir oxigênio em Marte
[O Experimento que vai produzir oxigênio em Marte].
"A capacidade de produzir oxigênio em Marte é um dos pré-requisitos para que a nossa espécie possa ocupar permanentemente o planeta.
Ter uma maneira de fazer isso permite a utilização desse recurso não só em sistemas de suporte à vida, mas também para encher os tanques de oxigênio das naves, por exemplo.
Isso reduz muito a quantidade de massa enviada para o planeta, além de diminuir consideravelmente o risco à tripulação.
E isso será feito pela primeira vez com um experimento à bordo do rover Perseverance.
Vamos falar sobre isso!
A atmosfera de Marte é extremamente rarefeita se comparada com a Terra.
A pressão na superfície é de menos de 1% a da atmosfera terrestre ao nível do mar.
E a própria composição delas é bastante diferente também.
A composição da atmosfera da Terra é de cerca de 78% nitrogênio, 21% oxigênio e uma mistura de outros gases em pouca quantidade.
Já Marte possui cerca de 95% de dióxido de carbono, 3% nitrogênio e uma mistura de outros gases em pouca quantidade.
Com tanto co2 disponível assim, conseguir oxigênio da atmosfera marciana é uma das maneiras mais simples de garantir esse recurso.
O Perseverance é o rover da Missão Mars 2020.
Seu objetivo é continuar estudando a superfície marciana, procurando sinais de vida microscópica e coletar amostras de solo para uma possível missão de retorno delas para Terra.
O rover também carrega o Mars Helicopter, que vai demonstrar a possibilidade de voo motorizado em Marte e que eu já expliquei aqui no canal.
Ele também carrega um dispositivo que é o assunto desse vídeo, chamado MOXIE.
O MOXIE tem o nome completo de Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment.
Seu propósito principal é prover a primeira demonstração de produção de oxigênio a partir da atmosfera marciana e, com isso, coletar dados sobre a eficiência desse processo em diferentes condições, ajudando a encontrar possíveis problemas e melhorando o desenvolvimento de sistemas com esse propósito no futuro.
Esse tipo de demonstração tecnológica é bastante necessária antes de incorporar essas tecnologias em uma missão tripulada.
A ISS, por exemplo, demonstrou como sistemas de recuperação de água e tratamento da atmosfera se saem no espaço, como eu contei nesse outro vídeo aqui.
Um sistema de produção de oxigênio em Marte pode ter possíveis problemas com contaminação de poeira, perda de eficiência e contaminação de gases traços.
Então, antes de mais nada, é uma ótima ideia verificar em um experimento real o que pode dar errado.
Uma das ideias de próximos passos da NASA é utilizar essa técnica para produzir oxigênio suficiente para ser usado em um foguete que retornará amostras de solo marciano para a Terra.
Testando assim, praticamente todos os possíveis sistemas e subsistemas envolvidos em uma operação do tipo antes de uma missão tripulada.
O MOXIE é uma caixa com uma massa de 17.
1 kg e com cerca de 30 cm de altura.
Ele tem 3 subsistemas com funções diferentes: O primeiro comprime a atmosfera marciana para uma pressão próxima à pressão da Terra ao nível do mar.
O segundo produz o oxigênio a partir do CO2 coletado utilizando uma técnica chamada de Eletrólise de Óxido Sólido.
O terceiro subsistema monitora e controla todo o dispositivo.
Pra entender como esse processo eletroquímico funciona, eu pedi uma ajudinha: Meu nome é Pablo Fernandez, eu sou professor do Instituto de Química da UNICAMP.
Trabalho na área de eletroquímica, faço pesquisas relacionadas ao armazenamento e conversão eletroquímica de energia.
O processo que vai acontecer dentro do MOXIE pode ser definido grosseiramente como uma célula de combustível ao contrário O mais comum nas células de combustível são as células de hidrogênio.
Você tem um ânodo, um eletrodo.
E nesse ânodo você vai botar hidrogênio, esse hidrogênio vai ser oxidado.
O que significa que esse hidrogênio vai perder elétrons.
Esses elétrons vão por um circuito externo, e aí você vai ter corrente.
Vai poder ligar alguma coisa.
E esses elétrons vão chegar no cátodo.
E no cátodo tem que ter outra molécula capaz de receber elétrons.
O que é mais comum é o oxigênio.
E agora com que se junta? Com o hidrogênio que se oxidou no outro eletrodo, e forma água.
Na de óxido sólido os materiais são totalmente diferentes dos materiais das células de combustível de hidrogênio.
Os materiais são cerâmicos.
Enquanto uma célula de combustível gera energia pela oxidação de hidrogênio, o MOXIE gasta energia para quebrar as moléculas de CO2 em monóxido de carbono e oxigênio.
O MOXIE realiza esse processo com um sanduíche feito de eletrodos porosos intercalados com um eletrólito cerâmico que conduz os íons de oxigênio para o ânodo, onde o oxigênio é formado.
Tudo isso precisa acontecer sob uma temperatura de cerca de 800ºC Quando você tem um sólido, os átomos estão fixos em suas posições.
Na verdade não tá tudo parado, eles têm pequenas vibrações.
Quando eu falo que tem uma condutividade.
, quer dizer que estes oxigênios carregados vão andar pelo sólido.
Quando você aquece, estes átomos começam a vibrar com mais força, e o sólido começa a se expandir.
Você tem mais ""buracos"", podemos pensar desta maneira, no sólido.
E os íons conseguem andar mais facilmente.
Então, resumindo: CO2 da atmosfera entra no sistema e é quebrado em monóxido de carbono e íon de oxigênio.
O íon de oxigênio migra para o ânodo e forma o oxigênio.
Depois de produzir, a pureza do oxigênio é medida, coletando ainda mais dados sobre a eficiência.
E depois ele é ventilado para a atmosfera Cerca de 10 gramas de oxigênio por hora serão produzidos pelo MOXIE.
Toda a energia utilizada pelo dispositivo vai ser fornecida pelo gerador de radioisótopos do rover Perseverance.
Mas, o MOXIE não vai rodar continuamente.
Ele vai ser ligado por períodos relativamente curtos de tempo curtos diversas vezes ao longo da missão, já que consome bastante energia e os recursos do rover são limitados e também precisam atender outros experimentos à bordo.
O MOXIE é bastante pequeno, tendo menos de 1% do tamanho realmente necessário para abastecer uma missão tripulada.
Mas algo semelhante pode ser combinado com um sistema de eletrólise da água, que produz hidrogênio.
Esse hidrogênio pode ser então usado na reação de sabatier, que reage dióxido de carbono com hidrogênio, produzindo metano, que pode ser utilizado em foguetes como a Starship.
E esse é um dos planos da SpaceX.
A questão toda por trás desse experimento não é só mostrar que é possível fazer oxigênio com esse processo.
Nós já sabemos que é possível.
Mas sim testar diferentes condições em que ele pode ser produzido e coletar dados sobre quão eficiente isso pode ser.
Será que vai ser melhor fazer durante a noite? Durante o verão marciano? Durante o inverno marciano?
Será que é melhor evitar períodos de tempestades de areia?
Respostas assim são essenciais para que possamos incluir esse tipo de tecnologia em futuras missões.
E, como vários outros experimentos de missões como essa, os dados fornecidos também podem ser usados para diversas outras aplicações dentro da ciência e da tecnologia.
Eu quero agradecer ao Pablo Sebastián e à Maria Rodrigues do Instituto de Química da UNICAMP por serem tão atenciosos e me ajudarem a entender melhor como a eletrólise de óxido sólido funciona.
Muito obrigado! O rover Perseverance será lançado em breve - em algum dia entre os dias 22 de Julho e 11 de Agosto.
Se você quiser aprender um pouco mais sobre essa missão, você pode assistir ao meu vídeo sobre o Mars Helicopter aqui no card.
É isso e até a próxima!"
