El ingeniero español que con un puñado de imanes hará que respiremos en Marte

En la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés), los astronautas cuentan con un complejo sistema de reciclaje de oxígeno a partir de agua, llamado Sistema de Soporte Vital y Control del Ambiente (ECLSS). En el laboratorio orbital es bastante eficiente, si bien conlleva centrifugadoras pesadas, componentes de repuesto para reparar los componentes que fallan con frecuencia y un enorme consumo de energía: hasta un tercio de toda la que alimenta la vida a bordo. En un viaje a Marte todo este sistema es inviable.

Pero quizá la solución no esté en máquinas cada vez más sofisticadas, sino en algo mucho más sencillo: aprovechar el magnetismo del agua. Esa es la idea que ha desarrollado Álvaro Romero-Calvo, granadino de origen y profesor en el Georgia Institute of Technology (Estados Unidos), en colaboración con Katharina Brinkert, co-directora de ZARM (Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad, en Bremen). Su propuesta acaba de publicarse en la revista 'Nature Chemistry' y abre la puerta a cambiar para siempre la manera en que los humanos producen oxígeno en el espacio.

Cuando el agua se divide en hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis, en la Tierra las burbujas ascienden y se separan solas. Es fácil verlo en las latas de refrescos: el gas sube y al final acaba perdiéndose en el aire, dejando solo el líquido. En microgravedad, en cambio, se pegan a los electrodos como un chicle invisible y bloquean el proceso. La solución hasta ahora ha sido forzar esa separación con centrifugadoras y bucles de recirculación de agua. Pesado, caro y con demasiados puntos de fallo.

«Uno podría pensar que extraer burbujas en el espacio es tan sencillo como abrir una lata de refresco en la Tierra», explica Romero-Calvo. «Pero sin flotabilidad el proceso se complica enormemente».

El equipo apostó por un sistema radicalmente más simple. Usando imanes comerciales –que pueden adquirirse de forma sencilla en el mercado–, diseñaron un método pasivo que guía las burbujas hasta zonas de recogida. La clave está en dos fenómenos: por un lado, el diamagnetismo, que es la débil respuesta del agua a un campo magnético, que permite dirigir las burbujas como si fueran limaduras metálicas; por otro, la magnetohidrodinámica, la interacción entre el campo magnético y la corriente eléctrica de la electrólisis, que genera un giro en el líquido y arrastra las burbujas hacia el centro, igual que lo haría una centrifugadora, pero sin partes móviles.

«Lo más fascinante es que no hace falta energía adicional ni componentes complicados. Es un sistema pasivo, robusto y de bajo mantenimiento», apunta Brinkert.

Para comprobar que la teoría que ya postuló Romero-Calvo para su tesis hace años funcionaba más allá que sobre papel, el equipo recurrió a uno de los 'templos' de la investigación en microgravedad: la torre de caída libre de ZARM en Bremen, de 146 metros de altura. Allí, el investigador Ömer Akay llevó a cabo los experimentos con distintos tipos de celdas para observar si aquella idea era viable. Y sí lo es. Tanto que una de esas celdas electroquímicas demostró que su eficiencia se elevaba hasta un 240% respecto a los métodos actuales. «Nuestras celdas permiten producir hidrógeno y oxígeno en microgravedad con eficiencias casi terrestres», explica Akay.

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El avance no es un simple truco de laboratorio: resuelve un problema que llevaba décadas persiguiendo a ingenieros y astronautas. Además, ha despertado el interés de la NASA, la ESA y el DLR alemán, que ya financian la siguiente fase de pruebas en cohetes suborbitales y vuelos espaciales privados. De hecho, la idea de Romero-Calvo fue uno de los proyectos escogidos para la primera fase del NASA Innovative Advaned Concepts (NIAC), el programa de la agencia espacial estadounidense que financia proyectos pioneros e innovadores que «podrían algún día cambiar la realidad en el ámbito aeroespacial», señalan desde NASA.

Y, actualmente, se encuentra en fase dos, con la que probarán prototipos escalables para conseguir que hasta cuatro astronautas puedan respirar gracias a esta tecnología, que pretende reducir la masa del sistema casi un 33 por ciento con respecto del que se usa actualmente en la ISS, además del tiempo de mantenimiento, que bajará un 20,4 por ciento según cálculos del equipo.

«Me entusiasma desarrollar una nueva arquitectura de oxígeno justo cuando pasamos de la era de la ISS a la de las estaciones privadas y al programa lunar y marciano de la NASA», señala por su parte Theo St. Francis, estudiante de doctorado en el equipo que dirige el ingeniero granadino en Georgia Institute of Technology. «Podemos combinar dos décadas de aprendizaje sobre ECLSS en la ISS y de todos los estudios recientes sobre gestión gas-líquido en microgravedad, y probar la tecnología gracias a las oportunidades de vuelo que ahora están disponibles desde hace poco».

«Después de cuatro años de trabajo, demostrar que las fuerzas magnéticas pueden controlar los flujos de burbujas en microgravedad es un paso emocionante hacia sistemas de soporte vital más fiables», resume Romero-Calvo. Si algún día una tripulación consigue llegar viva y respirar con normalidad en el hostil Marte, puede que sea gracias a un puñado de imanes y al ingenio de un ingeniero español que decidió darle la vuelta al problema.