Pesquisadores da Universidade Estadual de Washington são pioneiros na descoberta de solventes líquidos cruciais para a extração de materiais de construção de solos lunares e marcianos. Este avanço é vital para a construção de estruturas e ferramentas necessárias para a exploração espacial de longo prazo. Ao utilizar aprendizado de máquina e modelagem computacional, a equipe identificou potenciais líquidos iônicos que podem extrair de forma eficiente e ambientalmente sustentável elementos essenciais para aplicações de impressão 3D no espaço. Esta iniciativa faz parte da missão Artemis da NASA e representa um passo significativo para reduzir a dependência da Terra de materiais de construção em missões espaciais. Crédito: SciTechDaily
Os investigadores iniciaram o processo de identificação de solventes líquidos que poderiam ser potencialmente utilizados para extrair materiais de construção essenciais da poeira das rochas lunares e marcianas. Este desenvolvimento é um componente crucial para permitir a exploração espacial de longo prazo.
Usando aprendizado de máquina e modelagem computacional, pesquisadores da Universidade Estadual de Washington encontraram cerca de meia dúzia de bons candidatos para solventes que podem extrair materiais na Lua e Marte utilizável em impressão 3D. O trabalho, relatado no Revista de Físico-Química Bé liderado por Soumik Banerjee, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais da WSU.
Descoberta de solventes potenciais
Os solventes poderosos, chamados líquidos iônicos, são sais que estão no estado líquido.
“O trabalho de aprendizado de máquina nos fez descer do nível de 20.000 pés para o nível de 1.000 pés”, disse Banerjee. “Conseguimos selecionar muitos líquidos iônicos muito rapidamente e também compreender cientificamente os fatores mais importantes que determinam se um solvente é capaz de dissolver o material ou não.”
Preocupações ambientais e de eficiência
Como parte de sua missão Artemis, NASA, que financiou o trabalho de Banerjee, quer enviar os humanos de volta à Lua e depois ao espaço mais profundo, a Marte e mais além. Mas para tornar possíveis essas missões de longo prazo, os astronautas terão de utilizar os materiais e recursos desses ambientes extraterrestres, utilizando a impressão 3D para fabricar estruturas, ferramentas ou peças a partir de elementos essenciais extraídos do solo lunar ou marciano.
“A utilização de recursos in situ será um grande problema para a NASA nas próximas décadas”, disse Banerjee. “Caso contrário, precisaríamos de uma carga terrivelmente elevada de materiais para transportar da Terra.”
A aquisição desses materiais de construção deve ser feita de forma ecologicamente correta e com eficiência energética. O método de mineração dos elementos também não pode usar água, que não está disponível na lua.
Os líquidos iônicos, que o grupo de Banerjee estuda há mais de uma década para uso em baterias, podem ser a resposta.
Testar cada candidato a líquido iônico em um laboratório é caro e demorado, portanto, os pesquisadores usaram aprendizado de máquina e modelagem no nível dos átomos para restringir centenas de milhares de candidatos. Procuraram aqueles que pudessem digerir materiais lunares e marcianos, extrair elementos importantes como alumínio, magnésio e ferro, regenerar-se e talvez produzir oxigénio ou água como subproduto para ajudar a fornecer suporte à vida.
Refinando a seleção de solventes
Identificando as qualidades superiores que os solventes necessitarão, os pesquisadores conseguiram encontrar cerca de meia dúzia de candidatos muito fortes. Fatores importantes para o sucesso incluíram o tamanho dos íons moleculares que compõem os sais, sua densidade de carga superficial, que é a carga por unidade de área dos íons, e a mobilidade dos íons nos líquidos.
Trabalhando com pesquisadores da Universidade do Colorado em um estudo separado, os pesquisadores testaram alguns líquidos iônicos em laboratório quanto à sua capacidade de dissolver compostos. Eles esperam eventualmente construir um reator em escala de laboratório ou em escala piloto e testar bons candidatos a solventes com materiais do tipo regolito lunar.
Referência: “Toward Metal Extraction from Regolith: Theoretical Investigation of the Solvation Structure and Dynamics of Metal Ions in Ionic Liquids” por Azmain F. Islam e Soumik Banerjee, 9 de novembro de 2023, O Jornal de Química Física B.
DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c04057
O estudo foi financiado pela sede da NASA.
