Vista interna del modulo lunare Apollo 13 durante il travagliato viaggio di ritorno sulla Terra:la "cassetta delle lettere" qui raffigurata è stata utilizzata per eliminare l'anidride carbonica. Guarda altre immagini di esplorazione dello spazio. Immagine per gentile concessione di] Produciamo anidride carbonica nel nostro corpo quando le nostre cellule scompongono il cibo e lo rilasciamo quando espiriamo. Nell'atmosfera, le concentrazioni di anidride carbonica sono circa lo 0,04%. Però, nelle ristrette cabine delle navicelle spaziali, come la navetta spaziale o le stazioni spaziali, la concentrazione di anidride carbonica può diventare molto più alta, che pone un problema perché l'anidride carbonica è tossica. Man mano che la concentrazione di anidride carbonica nell'aria intorno a te aumenta, soffrirai di alcuni sintomi:
Sulla terra, le piante rimuovono l'anidride carbonica attraverso il processo di fotosintesi. Le piante assorbono anidride carbonica e rilasciano ossigeno. Però, in un'astronave, l'anidride carbonica deve essere rimossa dall'aria della cabina attraverso processi chimici. La maggior parte dei veicoli spaziali si basa esclusivamente sulla rimozione dell'anidride carbonica con contenitori che contengono idrossido di litio in polvere. Quando l'aria contiene anidride carbonica (CO 2 ) viene fatto passare attraverso il contenitore, si combina con l'idrossido di litio (LiOH) per formare carbonato di litio (Li 2 CO 3 ) e acqua (H 2 O).
CO 2 (g) + 2LiOH (s) -> Li 2 CO 3 (s) + 3 H 2 O (l)
Una volta esaurito tutto l'idrossido di litio, il contenitore deve essere sostituito e scartato. Forse, l'esempio più famoso di utilizzo di bombole di idrossido di litio si è verificato durante la missione Apollo 13.
Dopo che un'esplosione ha paralizzato il modulo di comando, gli astronauti vivevano nel modulo lunare mentre la navicella spaziale tornava sulla Terra. Il modulo lunare utilizzava contenitori rotondi di idrossido di litio, mentre il modulo di comando usava quelli quadrati. Con tre astronauti che respirano l'aria in uno spazio progettato solo per due, i contenitori del modulo lunare furono rapidamente esauriti, ma gli astronauti non potevano scambiarli prontamente a causa delle diverse forme. Così, gli ingegneri di Mission Control hanno dovuto escogitare un modo per adattare il flusso d'aria dal modulo lunare attraverso i contenitori quadrati di idrossido di litio. Sono stati in grado di attrezzare un sistema utilizzando tubi, calzini, sacchetti di plastica e nastro adesivo - salvando gli astronauti dalla morte indotta dall'anidride carbonica.
Le bombole di idrossido di litio non sono l'unica soluzione:continua a leggere per scoprire come funzionano le apparecchiature SCUBA nello spazio.
Le bombole di idrossido di litio non sono l'unica CO 2 risolutore di problemi nello spazio. La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) utilizza contenitori di idrossido di litio ma ha anche una tecnologia più recente che utilizza setacci molecolari per assorbire l'anidride carbonica. Anche i rebreather SCUBA e le unità di ossigeno personali utilizzate dai vigili del fuoco e dai minatori devono rimuovere l'anidride carbonica. Alcuni rebreather utilizzano bombole di idrossido di litio. Ma altri usano una reazione che coinvolge il superossido di potassio (KO 2 ). Quando il superossido di potassio si combina con il vapore acqueo (H 2 O) e anidride carbonica (CO 2 ) dal respiro di una persona, assorbe anidride carbonica e produce ossigeno gassoso e bicarbonato di potassio (KHCO 3 ):
4KO 2 (s) + 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g) -> 4KHCO 3 (s) + 3O 2 (G)
La reazione fa calore. Così, puoi dire quando è finito perché smette di scaldarsi. Questo sistema ha il vantaggio aggiuntivo di fornire ossigeno e rimuovere l'anidride carbonica.
La parte del laboratorio di Destiny degli Stati Uniti e la parte del Nodo 3 della ISS contengono un gruppo di rimozione dell'anidride carbonica (CDRA). Il CDRA utilizza la tecnologia del setaccio molecolare per rimuovere l'anidride carbonica. I setacci molecolari sono zeoliti, cristalli di biossido di silicio e biossido di alluminio. I cristalli si dispongono per formare piccoli schermi. Le aperture degli schermi o dei pori sono di dimensioni consistenti che consentono ad alcune molecole di entrare e rimanere intrappolate nei setacci. Nella CDA, ci sono quattro letti di due diverse zeoliti. Zeolite 13x assorbe l'acqua, mentre la zeolite 5A assorbe l'anidride carbonica. Ciascun lato del CDRA contiene una zeolite 13X collegata a un letto di zeolite 5A. Quando l'aria passa attraverso il letto di zeolite 13X, l'acqua viene intrappolata e rimossa dall'aria. L'aria essiccata entra nel letto di zeolite 5A dove l'anidride carbonica viene intrappolata e rimossa. L'aria in uscita è quindi secca e priva di anidride carbonica.
A differenza dei contenitori di idrossido di litio, che si consumano e si scartano, le zeoliti nel CDRA possono essere rigenerate. Gli elementi riscaldanti elettrici all'interno dei letti riscaldano le zeoliti e liberano il vapore acqueo e l'anidride carbonica intrappolati. L'anidride carbonica viene scaricata nello spazio esterno, mentre il vapore acqueo viene condensato e riciclato. Il CDRA è progettato con controlli indipendenti in modo che una metà rimuova attivamente l'anidride carbonica e l'acqua dall'aria, mentre l'altra metà si sta rigenerando. Le due metà si alternano. Il CDRA è il metodo principale con cui l'anidride carbonica viene rimossa dall'aria della cabina della ISS, mentre i contenitori di idrossido di litio vengono utilizzati come backup.
Nell'ottobre del 2010 un nuovo sistema, chiamato il Sabatier, è stato installato sulla ISS. Ci vuole anidride carbonica (CO 2 ) che viene rimosso dal CDRA, lo combina con il gas idrogeno (H 2 ) generato dai sistemi di elettrolisi dell'acqua Elektron russo e U.S. Environmental Control and Life Support System (ECLSS), e forma acqua liquida (H 2 O) e gas metano (CH 4 ). Il metano viene scaricato nello spazio.
Nel futuro, Gli scienziati della NASA sperano di creare ossigeno ed eliminare l'anidride carbonica a bordo di veicoli spaziali e colonie spaziali in modo naturale coltivando piante. Le piante non fornirebbero solo aria respirabile, ma anche cibo per gli astronauti. Per ulteriori informazioni relative allo spazio, vedere i link nella pagina seguente.
