Cientistas criam reator que pode produzir oxigênio na Lua

(Nature / Terra) Cientistas de Cambridge, Reino Unido, desenvolveram um reator que pode produzir oxigênio a partir de rochedo lunar - uma tecnologia vital se os planos de criar uma base na Lua decolarem. Seja com o intuito de explorar os recursos da Lua ou usar o satélite como um ponto de lançamento para explorar lugares mais distantes do espaço, os ocupantes de qualquer base lunar precisarão de oxigênio para sobreviver. O transporte do gás para a Lua seria extremamente caro - podendo chegar a custar até US$ 100 milhões por tonelada segundo algumas estimativas -, por isso os pesquisadores estão examinando maneiras potencialmente mais baratas de produzir oxigênio na própria Lua.

A Nasa investiga há anos maneiras de obter oxigênio a partir de rochedo lunar. Em 2005, como parte de seu programa Desafios Centenários, a agência ofereceu um prêmio de US$ 250 mil à primeira equipe que desenvolvesse um kit capaz de extrair cinco quilogramas de oxigênio em oito horas de uma rocha lunar artificial. Apesar de ter aumentado o valor do prêmio para US$ 1 milhão em 2008, com a ajuda da Autoridade Espacial da Califórnia, o mesmo permanece sem dono. Em paralelo, o programa de Utilização de Recursos In Situ está atualmente investigando tecnologias diferentes para extrair oxigênio de rochedo lunar.

Agora, Derek Fray, químico de materiais da Universidade de Cambridge, Reino Unido, e seus colegas elaboraram uma possível solução, modificando um processo eletroquímico inventado por eles em 2000 que extrai metais e ligas de óxidos metálicos. O processo utiliza os óxidos - também encontrados em rochas lunares - como um cátodo, junto de um ânodo feito de carbono. Para que a corrente flua pelo sistema, os eletrodos são depositados em uma solução eletrólita de cloreto de cálcio fundido, um sal comum com ponto de fusão de quase 815,5ºC.

Erosão do ânodo
A corrente extrai o óxido metálico dos átomos de oxigênio, que são ionizados e se dissolvem no sal fundido. Os íons de oxigênio carregados negativamente se movem pelo sal em direção ao ânodo, onde eles perdem os elétrons extras e reagem com o carbono para produzir dióxido de carbono - um processo que causa a erosão do ânodo. Enquanto isso, metal puro se forma no cátodo.

Para fazer o sistema produzir oxigênio ao invés de dióxido de carbono, Fray precisou produzir um ânodo não reativo. Isso foi crucial: "Sem esses ânodos, não funciona", disse Fray. Ele descobriu que o titanato de cálcio, que é um mau condutor elétrico, se tornava muito melhor com a adição de rutenato de cálcio. Essa mistura produzia um ânodo que quase não se erodia. Após executar o reator durante 150 horas, Fray calculou que o ânodo se desgastaria cerca de 3 cm por ano.

Nos testes, Fray e seus colegas usaram uma rocha lunar artificial chamada JSC-1, desenvolvida pela Nasa. Fray prevê que três reatores, cada um com cerca de 90 cm de altura, seriam o suficiente para gerar uma tonelada de oxigênio por ano na Lua. Três toneladas de rocha serão necessárias para produzir cada tonelada de oxigênio e, nos testes, a equipe viu uma recuperação de oxigênio de quase 100%, ele conta. No início de agosto, Fray apresentou os resultados no Congresso da União Internacional de Química Pura e Aplicada, em Glasgow, Reino Unido.

Para aquecer o reator na Lua seria necessária apenas uma pequena quantidade de energia, Fray observa, e o reator em si pode ser termicamente isolado para reter calor. "Isso não será um problema", ele disse. Os três reatores exigiriam cerca de 4,5 quilowatts de potência - não muito mais do que o necessário para esquentar um aquecedor de imersão em um boiler doméstico -, que seriam fornecidos por painéis solares ou até mesmo um pequeno reator nuclear instalado na Lua.

Com mais US$ 16,5 milhões, Fray diz ser capaz de desenvolver um "protótipo robusto" de um reator maior, que poderia ser operado remotamente. Ele está atualmente trabalhando com a Agência Espacial Europeia para atingir tal objetivo.

Automontagem
Uma técnica similar de extração de oxigênio está sendo desenvolvida por Donald Sadoway, do Instituto de Tecnologia Massachusetts, em Cambridge, Massachusetts, mas seu processo funciona a uma temperatura muito maior, que pode chegar a até 1593ºC o que significa que a rocha lunar seria derretida, podendo atuar como o próprio eletrólito. O método produz metal fundido, inclusive ferro, que fica depositado no fundo.

Fray afirma que seu processo é mais eficiente porque funciona a uma temperatura mais baixa, mas Sadoway insiste que a eletrólise de sal derretido, como sua técnica é chamada, compensa pelo calor extra do qual necessita em outros aspectos. "No processo de Derek, o sal derretido permite que ele opere a uma temperatura muito mais baixa", diz Sadoway, "mas ele ainda precisa consolidar a rocha lunar em forma sólida."

Isso é muitas vezes difícil por causa da natureza arenosa da rocha na superfície da Lua - aquecida eletricamente para ser derretida, e o exterior sendo regolito sólido resfriado. Formamos a parede do reator permitindo que o regolito fundido congele", ele diz, admitindo, no entanto, que dar início ao processo é "complicado".

Sadoway diz que, com financiamento suficiente, ele pode ampliar seu sistema em dois anos. Seu processo foi selecionado pela Nasa e está recebendo financiamento da agência. "Depois que resolvermos os problemas dos materiais no laboratório, deveremos conseguir progredir rapidamente", ele diz.