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Astronautas podrían convertir desechos en peróxido de hidrógeno

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Sudeep Popat de la Universidad de Clemson está desarrollando una forma de fabricar peróxido de hidrógeno para su uso en misiones espaciales a largo plazo

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Los astronautas en misiones en el espacio profundo no podrán correr a la tienda a buscar toallitas desinfectantes, pero pueden tener otra forma de limpiar las superficies dentro de su nave espacial, y esto podría involucrar desechos humanos.

Sudeep Popat de la Universidad de Clemson está desarrollando una forma de fabricar peróxido de hidrógeno para su uso en misiones espaciales a largo plazo. Propone hacerlo alimentando desechos humanos a celdas de combustible microbianas que producen peróxido de hidrógeno.

Popat, profesor asistente de ingeniería ambiental y ciencias de la tierra, dijo que el peróxido de hidrógeno podría usarse para limpiar biopelículas potencialmente infecciosas de las superficies dentro de las naves espaciales. O podría ser posible usar el peróxido de hidrógeno para desinfectar las aguas residuales y reutilizarlas, dijo.

Aún mejor, las reacciones electroquímicas dentro de las celdas de combustible microbianas producen una pequeña cantidad de voltaje a medida que las bacterias descomponen las sustancias orgánicas, dijo Popat. Eso significa que hacer peróxido de hidrógeno también podría producir una pequeña cantidad de energía en exceso para otros usos, dijo.

Varias preguntas necesitan ser contestadas antes de que la tecnología esté lista para el despegue, y Popat y su equipo están ahora trabajando para hacer avanzar la tecnología con un nuevo proyecto de investigación que está respaldado por 750.000 dólares de la NASA.

Es uno de los últimos proyectos a nivel nacional destinado a ayudar a los astronautas a utilizar hasta el último recurso cuando se aventuran en las profundidades del espacio durante meses o incluso años.

Otros proyectos en Clemson se han centrado en la agricultura hidropónica en el espacio profundo y en la conversión de moléculas de desechos en productos que los astronautas necesitan, como poliésteres y nutrientes.

La idea del proyecto de Popat se remonta a cuando se enteró por primera vez de las celdas de combustible microbianas cuando era estudiante de doctorado en la Universidad de California, Riverside. Continuó su trabajo como investigador postdoctoral en la Universidad Estatal de Arizona.

Las celdas de combustible microbianas fueron diseñadas originalmente para producir energía eléctrica a partir de la energía química de las aguas residuales, dijo.

"Tengo que trabajar con un par de científicos líderes que trabajan en esta área mientras hago mi postdoctorado en la Universidad Estatal de Arizona", dijo Popat. "Desde entonces, aprendí mucho sobre la tecnología y empecé a buscar formas de modificarla para producir productos químicos de interés en lugar de energía eléctrica"

Los terrícolas generalmente están acostumbrados a tirar sus desechos, pero reutilizarlos para la producción de peróxido de hidrógeno no es tan asqueroso como parece.

Las pilas de combustible microbianas que Popat está desarrollando tienen dos cámaras separadas por una membrana. Las aguas residuales se introducen en una cámara anódica y se llena una cámara catódica con una solución de agua salada diluida.

"El contenido de la cámara anódica no se mezcla con el contenido de la cámara catódica", dijo Popat.

Las bacterias en la cámara del ánodo descomponen la materia orgánica, liberando electrones. Los electrones pasan a través de un circuito externo al cátodo, resultando en la producción de corriente eléctrica.

Cuando las pilas de combustible microbianas se utilizan principalmente para generar electricidad, el oxígeno se reduce electroquímicamente a agua en la cámara catódica. Pero en el sistema que Popat está creando, la reacción del cátodo se modifica para que produzca peróxido de hidrógeno.

Los investigadores han demostrado que pueden producir soluciones que son de uno a dos por ciento de peróxido de hidrógeno, señaló Popat. Eso es más bajo que lo que se compra en la farmacia, pero podría ser lo suficientemente alto como para limpiar superficies y tratar aguas residuales en el espacio, dijo.

La investigación se alinea con dos de las metas de la NASA, dijo Popat. A la NASA le gustaría aumentar la cantidad de aguas residuales recuperadas en la Estación Espacial Internacional de 74 por ciento a 98 por ciento, dijo. Y la agencia quiere asegurarse de que las superficies dentro de los vehículos espaciales estén limpias y especialmente desprovistas de biopelículas, dijo Popat.

Los co-investigadores de la beca incluyen a Ezra Cates, Tanju Karanfil y Michael Carbajales-Dale, todos de Clemson, y R. Sean Norman de la Universidad de Carolina del Sur y Jessica Furrer del Benedict College. Michael Flynn y John Hogan del Centro de Investigación Ames de la NASA serán los principales colaboradores de la NASA.

También participan en la subvención el Laboratorio Nacional de Savannah River, el Laboratorio de Investigación Naval y las empresas Synbiohm, Greenway Energy, Aquacycl, AquiSense Technologies y WK Dickson.

El financiamiento proviene del Programa Establecido de la NASA para Estimular la Investigación Competitiva.

David Freedman, presidente del Departamento de Ingeniería Ambiental y Ciencias de la Tierra de Clemson, felicitó a Popat y a su equipo por la subvención.

"El Dr. Popat y su equipo están bien posicionados para fortalecer la investigación en un área de importancia estratégica para la NASA, a la vez que proporcionan a los estudiantes una valiosa experiencia práctica de laboratorio", dijo Freedman. "La beca es bien merecida."