Lo spazio è duro, dice il proverbio, e condurre la scienza nello spazio presenta sfide a sé stanti. Pochi ricercatori hanno dovuto superare uragani e terremoti, anche se, solo due degli ostacoli che un team di chimici di Porto Rico ha dovuto affrontare per portare le proprie indagini sulla Stazione Spaziale Internazionale.

L'investigazione, Chiarire il meccanismo di ossidazione elettrochimica dell'ammoniaca tramite tecniche elettrochimiche presso l'ISS (Ammonia Electrooxidation) esamina l'ossidazione dell'ammoniaca in condizioni di microgravità.

L'ammoniaca è una piccola molecola composta da azoto e idrogeno. L'ossidazione è una reazione che coinvolge l'ossigeno che rompe queste molecole, produzione di azoto gassoso, acqua, ed energia elettrica. Un composto nell'urina umana, urea, può essere convertito in ammoniaca, rendendolo una risorsa facilmente disponibile. Il processo di ossidazione può quindi essere utilizzato per produrre acqua ed energia, entrambe le esigenze critiche nelle future missioni spaziali a lungo termine, così come i modi per rimuovere l'ammoniaca da un veicolo spaziale o da un habitat.

Il team ha precedentemente sviluppato il sistema di rimozione elettrochimica dell'ammoniaca, o ORECCHIO, una configurazione simile a una batteria che ossida l'ammoniaca elettrochimicamente o con una corrente elettrica. Hanno messo alla prova l'EAR su più voli parabolici, che forniscono agli scienziati l'accesso alla microgravità a breve termine mettendo un aereo in caduta libera. I risultati hanno mostrato che la microgravità ha ridotto le prestazioni delle celle a combustibile dal 20 al 65 percento. I ricercatori sospettavano che l'assenza di galleggiamento in microgravità avesse causato la diminuzione, ma era necessario condurre ulteriori ricerche per confermare tale ipotesi.

"Hai solo circa 25 secondi sui voli parabolici, " dice il ricercatore principale Carlos Cabrera, professore di chimica all'Università di Porto Rico a Rio Piedras a San Juan. "Quindi volevamo usare la stazione spaziale per osservare il processo per un periodo di tempo più lungo".

La proposta di indagine sull'elettroossidazione dell'ammoniaca ha ricevuto l'approvazione dalla NASA nel 2016 con il patrocinio dell'ISS National Lab. Il team ha dovuto prima riprogettare il proprio equipaggiamento di volo originale, riducendo l'EAR dalle dimensioni di un piccolo frigorifero a qualcosa di più vicino a una scatola da scarpe.

Quel compito è toccato a Camila Morales-Navas, un dottorato di ricerca in chimica studente all'università che aveva lavorato alle prove di volo parabolico.

Poi l'uragano Maria travolse la Dominica, Santa Croce, e Porto Rico nel settembre 2017. Le perdite hanno totalizzato oltre 91 miliardi di dollari, principalmente a Porto Rico, dove quasi 3, 000 persone sono morte. La tempesta di categoria 5 ha anche lasciato l'intera popolazione dell'isola senza elettricità. Cinque mesi dopo, un quarto dei residenti non aveva ancora il potere.

"Non avevamo elettricità nel campus fino a gennaio 2018, " dice Morales-Navas. "Possiamo capire le cose sulla carta, ma aveva bisogno di energia per testare le configurazioni per le apparecchiature più piccole. Fortunatamente, avevamo un generatore di corrente nel nostro laboratorio al Molecular Sciences Research Center, quindi siamo andati avanti".

Altri ostacoli dovevano ancora arrivare. Alla fine del 2019 e all'inizio del 2020, Porto Rico ha subito una serie di terremoti che hanno tolto ancora una volta il potere, e l'università chiusa fino al completamento delle ispezioni edilizie. Nel marzo di quest'anno, la pandemia globale ha chiuso il campus e il laboratorio e ad agosto, La tempesta tropicale Isaias ha messo ko il potere ancora una volta.

"È come gli sport estremi, vivendo su quest'isola negli ultimi tre anni, " dice Morales-Navas.

Nonostante tutto, ha continuato a lavorare, ed entro agosto 2020, aveva l'hardware più piccolo pronto. L'indagine finalmente ha guidato alla stazione su NG-14, il 14° volo cargo per il veicolo spaziale di rifornimento Cygnus di Northrop Grumman lanciato il 2 ottobre.

Il funzionamento dell'esperimento stesso presenta alcune sfide, pure.

"L'ambiente privo di galleggiamento della microgravità influenza le reazioni nel sistema, " dice Morales-Navas. "Se i sottoprodotti gassosi si formano come bolle, potrebbe bloccare ulteriori reazioni".

I ricercatori hanno incluso prove ripetute nella loro progettazione in modo che, anche se le bolle interessano alcune delle corse, possono ancora raccogliere dati dagli altri.

"Gli astronauti che vanno su Marte avranno bisogno di energia, " Aggiunge Cabrera. "Il nostro obiettivo è portare la tecnologia a un livello di prontezza per missioni a lungo termine".