Cómo recicla el agua la Estación Espacial Internacional

Cuando estás de campamento, tienes que llevar tu propia comida y quizás algo para filtrar o purificar el agua que encuentras. Pero imagina que tu campamento está en el espacio, donde no hay agua, y que empacar bidones ocuparía espacio cuando cada centímetro de espacio de carga cuenta. El suminsitro de agua es un desafío clave al que se enfrentaron los ingenieros al diseñar la Estación Espacial Internacional (EEI).

Antes de que la NASA desarrollara un sistema avanzado de reciclaje de agua, esta constituía casi la mitad de la carga útil de los transbordadores que viajaban a la EEI. Soy ingeniero ambiental y he realizado investigaciones en el Laboratorio de Ciencias de la Vida Espacial del Centro Espacial Kennedy. Como parte de este trabajo, ayudé a desarrollar un sistema de recuperación de agua de circuito cerrado.

Hoy en día, la NASA recupera más de 90% del agua que se utiliza en el espacio. El agua limpia mantiene a la tripulación hidratada, limpia y alimentada (se utiliza para rehidratar los alimentos). Recuperar el agua usada es fundamental para el soporte vital de circuito cerrado, esencial para futuras bases lunares, misiones a Marte e incluso posibles asentamientos espaciales.

El sistema de control ambiental y soporte vital de la NASA es un conjunto de equipos y procesos que realizan diversas funciones para gestionar la calidad del aire y el agua, los residuos, la presión atmosférica y los sistemas de respuesta a emergencias, como la detección y extinción de incendios. El sistema de recuperación de agua, un componente del sistema de control ambiental y soporte vital, apoya a los astronautas a bordo de la EEI y desempeña un papel fundamental en el reciclaje del agua.

Sistemas de agua diseñados para microgravedad

En entornos de microgravedad como la Estación Espacial Internacional (EEI), cualquier tipo de agua disponible es valiosa. Los sistemas de recuperación de agua de la EEI recogen agua de diversas fuentes, como la orina, la humedad del aire de la cabina y de la limpieza personal, es decir, de actividades como cepillarse los dientes.

En la Tierra, las aguas residuales incluyen varios tipos: aguas residuales residenciales de lavabos, duchas e inodoros; aguas residuales industriales de fábricas y procesos de fabricación; y escorrentía agrícola, que contiene fertilizantes y pesticidas.

En el espacio, las aguas residuales de los astronautas están mucho más concentradas que las terrestres. Contienen niveles significativamente más altos de urea (un compuesto de la orina), sales y surfactantes de jabones y materiales utilizados para la higiene. Para que el agua sea potable, el sistema debe eliminar todos estos elementos de forma rápida y eficaz.

Los sistemas de recuperación de agua utilizados en el espacio emplean algunos de los mismos principios que los del tratamiento de agua terrestre. Sin embargo, están diseñados específicamente para funcionar en microgravedad con un mantenimiento mínimo. Estos sistemas también deben funcionar durante meses o incluso años sin necesidad de repuestos ni intervención manual.

El sistema de recuperación de agua de la NASA captura y recicla casi todas las formas de agua utilizadas o generadas a bordo de la estación espacial. Dirige las aguas residuales recolectadas a un sistema llamado ensamblaje del procesador de agua, donde se purifican para obtener agua potable segura que supera muchos estándares terrestres de agua potable.

El sistema de recuperación y tratamiento de agua en la EEI consta de varios subsistemas.

Recuperación de agua de la orina y el sudor

El ensamblaje del procesador de orina recupera aproximadamente 75% del agua de la pipí mediante calentamiento y compresión al vacío. Lo recuperado se envía al ensamblaje del procesador de agua para su posterior tratamiento. El líquido restante, llamado salmuera, aún contiene una cantidad significativa de agua. Por ello, la NASA desarrolló un sistema de ensamblaje del procesador de salmuera para extraer la fracción final de agua de esta salmuera de orina.

En el ensamblaje del procesador de salmuera, el aire caliente y seco evapora el agua de la salmuera sobrante. Un filtro separa los contaminantes del vapor de agua, y este se recoge para convertirlo en agua potable. Esta innovación elevó la tasa general de recuperación de agua del sistema de recuperación de agua a un impresionante 98%. El 2% restante se combina con el resto de residuos generados.

El sistema de revitalización de aire condensa la humedad del aire de la cabina (principalmente vapor de agua proveniente del sudor y la exhalación) en agua líquida. Dirige el agua recuperada al procesador de agua, que trata toda el agua recolectada.

Tratamiento del agua recuperada

El proceso de tratamiento del procesador de agua consta de varios pasos.

Primero, toda el agua recuperada pasa por filtros para eliminar partículas en suspensión, como el polvo. A continuación, una serie de filtros eliminan las sales y algunos contaminantes orgánicos, seguido de un proceso químico llamado oxidación catalítica, que utiliza calor y oxígeno para descomponer los compuestos orgánicos restantes. El paso final es añadir yodo al agua para prevenir el crecimiento microbiano durante su almacenamiento.

El resultado es agua potable, a menudo más limpia que la embotellada.

Llegando a Marte y más allá

Para que las misiones humanas a Marte sean posibles, la NASA ha estimado que las naves espaciales deben recuperar al menos 98% del agua utilizada a bordo. Si bien aún faltan algunos años para que los viajes autosuficientes a Marte sean posibles, el nuevo procesador de salmuera de la Estación Espacial Internacional (ISS) aumentó la tasa de recuperación de agua lo suficiente como para que este objetivo de 98% ya sea alcanzable. Sin embargo, se necesita más trabajo para desarrollar un sistema compacto que pueda utilizarse en una nave espacial.

El viaje a Marte es complejo, no solo por la distancia, sino porque Marte y la Tierra se mueven constantemente en sus respectivas órbitas alrededor del Sol.

La distancia entre ambos planetas varía según sus posiciones. En promedio, están separados por unos 225 millones de kilómetros, con el trayecto teórico más corto, cuando las órbitas de ambos planetas los acercan, recorriendo 54.6 millones de kilómetros.

Se espera que una misión tripulada típica dure unos nueve meses solo de ida. Una misión de ida y vuelta a Marte, incluyendo las operaciones en la superficie y la planificación de la trayectoria de regreso, podría durar unos tres años. Además, las ventanas de lanzamiento solo se producen cada 26 meses, cuando la Tierra y Marte se alinean favorablemente.

Mientras la NASA se prepara para enviar humanos en expediciones plurianuales al planeta rojo, las agencias espaciales de todo el mundo siguen centrándose en mejorar la propulsión y perfeccionar los sistemas de soporte vital. Los avances en sistemas de circuito cerrado, soporte robótico y operaciones autónomas están acercando el sueño de llevar humanos a Marte a una realidad.

Berrin Tansel es profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad Internacional de Florida.

Este artículo se publicó en The Conversation. Lee el artículo original.