Ruimte is moeilijk, het gezegde gaat, en het uitvoeren van wetenschap in de ruimte brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee. Weinig onderzoekers hebben orkanen en aardbevingen moeten overwinnen, Hoewel, slechts twee van de hindernissen die een team van chemici in Puerto Rico ondervond om hun onderzoek naar het internationale ruimtestation te krijgen.

Het onderzoek, Opheldering van het elektrochemische oxidatiemechanisme van ammoniak via elektrochemische technieken in het ISS (Ammonia Electrooxidation) onderzoekt ammoniakoxidatie in microzwaartekracht.

Ammoniak is een klein molecuul dat bestaat uit stikstof en waterstof. Oxidatie is een reactie waarbij zuurstof betrokken is die deze moleculen afbreekt, stikstofgas produceren, water, en elektrische energie. Een verbinding in menselijke urine, ureum, kan worden omgezet in ammoniak, waardoor het een gemakkelijk beschikbare bron wordt. Het oxidatieproces kan dan worden gebruikt om water en energie te produceren, zowel kritieke behoeften op toekomstige lange termijn ruimtemissies, net als manieren om ammoniak uit een ruimtevaartuig of habitat te verwijderen.

Het team ontwikkelde eerder het Electrochemical Ammonia Removal-systeem, of OOR, een opstelling vergelijkbaar met een batterij die ammoniak elektrochemisch of met een elektrische stroom oxideert. Ze hebben EAR op de proef gesteld op meerdere paraboolvluchten, die wetenschappers toegang geven tot microzwaartekracht op korte termijn door een vliegtuig in vrije val te brengen. De resultaten toonden aan dat microzwaartekracht de prestaties van brandstofcellen met 20 tot 65 procent verminderde. De onderzoekers vermoedden dat de afwezigheid van drijfvermogen in microzwaartekracht de afname veroorzaakte, maar moest meer onderzoek doen om die hypothese te bevestigen.

"Je hebt maar 25 seconden op paraboolvluchten, " zegt hoofdonderzoeker Carlos Cabrera, hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Puerto Rico in Rio Piedras in San Juan. "Dus wilden we het ruimtestation gebruiken om het proces voor een langere periode te bekijken."

Het onderzoeksvoorstel Ammonia Electrooxidation kreeg in 2016 goedkeuring van NASA onder sponsoring van het ISS National Lab. Het team moest eerst hun originele vlieguitrusting opnieuw ontwerpen, de EAR verkleinen van de grootte van een kleine koelkast tot iets dat dichter bij een schoenendoos staat.

Die taak viel op Camila Morales-Navas, een scheikunde Ph.D. student aan de universiteit die aan de parabolische vliegproeven had gewerkt.

Toen raasde orkaan Maria over Dominica, Sint-Kruis, en Puerto Rico in september 2017. De verliezen bedroegen in totaal meer dan $ 91 miljard, meestal in Puerto Rico, waar bijna 3, 000 mensen stierven. De storm van categorie 5 zorgde er ook voor dat de hele bevolking van het eiland zonder elektriciteit zat. Vijf maanden later, een kwart van de bewoners had nog geen stroom.

"Tot januari 2018 hadden we geen stroom op de campus, " zegt Morales-Navas. "We kunnen dingen op papier uitzoeken, maar had stroom nodig om configuraties voor de kleinere apparatuur te testen. Gelukkig, we hadden een stroomgenerator in ons lab in het Molecular Sciences Research Center, dus we gingen door."

Er moesten nog meer obstakels komen. Eind 2019 en begin 2020, Puerto Rico beleefde een reeks aardbevingen die opnieuw de stroom uitvielen, en de universiteit gesloten totdat de bouwinspecties waren voltooid. In maart van dit jaar, de wereldwijde pandemie sloot de campus en het laboratorium en in augustus, Tropische storm Isaias schakelde opnieuw de stroom uit.

"Het is net als extreme sporten, die de afgelopen drie jaar op dit eiland hebben gewoond, ' zegt Morales-Navas.

Door alles, ze bleef werken, en tegen augustus 2020, had de kleinere hardware klaar. Het onderzoek reed uiteindelijk naar het station op NG-14, de 14e vrachtvlucht voor het Cygnus-bevoorradingsruimtevaartuig van Northrop Grumman dat op 2 oktober werd gelanceerd.

De werking van het experiment zelf brengt enkele uitdagingen met zich mee, te.

"De omgeving zonder drijfvermogen van microzwaartekracht beïnvloedt de reacties in het systeem, "zegt Morales-Navas. "Als de gasvormige bijproducten zich als bellen vormen, het zou verdere reacties kunnen blokkeren."

De onderzoekers namen herhaalde proeven op in hun ontwerp, zodat, zelfs als bubbels sommige van de runs beïnvloeden, ze kunnen nog steeds gegevens van de anderen verzamelen.

"Astronauten die naar Mars gaan, hebben energie nodig, " voegt Cabrera toe. "Ons doel is om de technologie gereed te maken voor missies op lange termijn."