Il mese scorso, ricercatori australiani e studenti tirocinanti hanno sorvolato la Francia per testare una tecnologia che potrebbe aiutare i futuri esploratori a produrre carburanti e sostanze chimiche essenziali utilizzando le risorse presenti nello spazio.
Il team dell’Università dell’Australia Occidentale (UWA) ha completato tre voli a bordo dell’Airbus A310 Zero-G di Novespace .Attraverso 93 manovre paraboliche, il velivolo ha creato brevi periodi di gravità variabile, fornendo condizioni impossibili da riprodurre in un laboratorio convenzionale. Guidati dal
professor Hongqi Sun dell’Università dell’Australia Occidentale (UWA) , i ricercatori hanno studiato come la gravità influenzi un processo fotochimico che converte il metano e l’anidride carbonica in syngas, una miscela versatile utilizzata per produrre combustibili e altri prodotti chimici.
Le loro scoperte potrebbero aiutare le future missioni a utilizzare le risorse disponibili sulla Luna o su Marte, riducendo la necessità di trasportare materiali dalla Terra. Questo, a sua volta, potrebbe favorire una produzione chimica più efficiente anche qui sul nostro pianeta.
La campagna ha riunito ricercatori australiani e l’Agenzia spaziale francese (CNES), mettendo in luce il crescente contributo dell’Australia alla scienza spaziale internazionale.
Laboratori a gravità zero
La carriera interdisciplinare del professor Sun spazia tra ingegneria chimica, fisica e scienza dei materiali.È a capo della ricerca sulla catalisi spaziale e sulle risorse presso il Centre for Future Catalysis dell’UWA e il nodo Chemicals for Space dell’International Space Centre della stessa università.In questo profilo, il professor Sun condivide ciò che il team ha appreso durante i tre voli del mese scorso, com’è stato condurre esperimenti in condizioni di gravità variabile e come la ricerca potrebbe contribuire a consolidare la catalisi spaziale come campo emergente con applicazioni al di là della Terra.
Quali aspetti hanno permesso di indagare le 93 manovre paraboliche effettuate durante la campagna, aspetti che non sarebbero stati possibili in un laboratorio convenzionale?
Periodi ripetuti di quasi assenza di peso, ciascuno della durata di circa 25 secondi, alternati a fasi di ipergravità e gravità normale.
Questo ci ha permesso di studiare come la variazione di gravità influenzi una reazione catalitica fotoindotta utilizzando lo stesso sistema sperimentale.
Abbiamo studiato la conversione, tramite energia solare, di metano e anidride carbonica in syngas, una materia prima per combustibili e prodotti chimici. In un laboratorio convenzionale, la gravità influenza continuamente la spinta di galleggiamento, il trasferimento di calore e il movimento dei gas.
I voli ci hanno permesso di esaminare come le variazioni di gravità perturbino le condizioni di reazione allo stato stazionario. Ciò è particolarmente importante per la catalisi fototermica, dove il microambiente dinamico influenza il meccanismo e l’entità della reazione. La ripetizione di queste transizioni ci ha permesso di valutare se le variazioni osservate fossero riproducibili.
Questi esperimenti ci hanno consentito di indagare il ruolo, finora poco esplorato, della gravità nella catalisi fototermica, con implicazioni dirette per l’esplorazione spaziale.
Le conoscenze acquisite possono aiutare a identificare quali aspetti della progettazione dei reattori terrestri rimangono adatti allo spazio e quali richiedono adattamenti.
In che modo la conversione del metano e dell’anidride carbonica in syngas potrebbe supportare le future esplorazioni spaziali e migliorare la produzione di combustibili o prodotti chimici sulla Terra?
Il syngas, una miscela di idrogeno e monossido di carbonio, è una materia prima versatile per la produzione di combustibili come il metanolo e molti prodotti chimici industriali. Per le future missioni spaziali, la sua produzione a partire da materie prime locali o riciclate potrebbe supportare la produzione chimica laddove questi prodotti sono necessari, riducendo la dipendenza da rifornimenti trasportati dalla Terra.
Comprendere come la reazione avvenga in diverse condizioni di gravità (ad esempio, nello spazio, sulla Luna, su Marte) è un passo importante verso questo obiettivo.
Sulla Terra, il nostro approccio potrebbe utilizzare l’energia solare per convertire due gas serra, metano e anidride carbonica, in combustibili, contribuendo così alla decarbonizzazione. Potrebbe anche convertire materie prime come il biogas in prodotti utili, utilizzando energie rinnovabili per realizzare un ciclo del carbonio sostenibile.
Qual è stata la sfida maggiore nella preparazione e nello svolgimento di questo esperimento in periodi ripetuti di gravità quasi nulla, e c’è stato qualcosa che ha sorpreso il team?
La sfida più grande è stata progettare un sistema con così tanti vincoli per raccogliere misurazioni affidabili e comparabili durante finestre di microgravità di soli 25 secondi circa.
L’apparecchiatura doveva funzionare in sicurezza durante un volo attraverso ripetute transizioni di gravità, con una temporizzazione precisa e un attento monitoraggio di luce, temperatura, flusso e composizione del gas, intermedi e prodotti di reazione.
Una sorpresa è stata che molti dispositivi sembravano cambiare con la gravità. Ciò significa che dobbiamo anche comprendere il comportamento dei dispositivi stessi, in modo da poter distinguere le variazioni dovute alla strumentazione dalle variazioni del processo catalitico.
In che modo esperimenti come questo potrebbero rafforzare le capacità di ricerca dell’Australia e la sua reputazione internazionale nel campo della catalisi chimica e delle scienze spaziali?
Questi esperimenti, parzialmente finanziati dall’Australian Research Council, rafforzano la capacità dell’Australia di progettare e testare tecnologie catalitiche in condizioni rilevanti per lo spazio. Essi collegano chimica, ingegneria e scienze spaziali, offrendo al contempo a studenti e giovani ricercatori esperienza in campagne di ricerca internazionali.
La collaborazione con Novespace e l’agenzia spaziale francese CNES consolida i partenariati di ricerca e crea opportunità per futuri progetti congiunti. Contribuendo con nuove conoscenze su come la gravità influisce sui processi chimici, l’Australia può affermarsi come figura di spicco nella catalisi spaziale, con vantaggi sia per la futura esplorazione che per la colonizzazione sostenibile della Terra.
Tre studenti tirocinanti hanno contribuito alla preparazione e alla conduzione dell’esperimento. Qual è stato il loro contributo e cosa hanno imparato? E quali opportunità all’intersezione tra spazio, chimica e scienze della Terra incoraggeresti i giovani australiani a esplorare?
Gli stagisti hanno avuto l’opportunità di preparare e condurre l’esperimento in tre voli parabolici. Questo ha permesso loro di acquisire esperienza nella ricerca in microgravità, nel lavoro di squadra e nella risoluzione pratica dei problemi. L’ISC li ha anche aiutati a sviluppare capacità di narrazione e di comunicazione scientifica per spiegare lo scopo dell’esperimento e condividere l’esperienza con un pubblico più ampio.
Incoraggio i giovani australiani a esplorare stage e progetti che colleghino la chimica spaziale, la geologia planetaria, la catalisi, i materiali e il recupero delle risorse. Questi settori offrono l’opportunità di studiare come le risorse lunari e marziane potrebbero supportare le missioni future e di comunicare scoperte importanti sia nello spazio che sulla Terra.
Fonte: Australian Space Agency – X
Eugenia Ziccardi è laureata magistrale in Giurisprudenza con una tesi dal titolo «L’uomo nello spazio. Attività e responsabilità». Fa parte del team di redazione di Economia dello Spazio Magazine, dove si occupa di Space Economy ed Economia del Mare, con particolare attenzione alle interconnessioni tra spazio, mare e dimensione subacquea (Underwater Economy).
Nel lavoro editoriale integra la formazione giuridica con l’interesse per le trasformazioni tecnologiche e industriali che attraversano questi settori. Alla produzione dei contenuti affianca competenze SEO e di comunicazione specializzata, contribuendo alla loro valorizzazione digitale e alla diffusione dei temi trattati dalla testata.
