La Nasa quiere poner humanos en Marte en la década de 2030. La pregunta que nadie terminaba de responder era la más básica de todas: ¿cómo vuelven?. Llevar combustible para ir es difícil. Llevar también el combustible para volver, casi imposible. Cada kilogramo extra multiplica el costo y la complejidad de escapar de la gravedad terrestre. La solución que ahora asoma es fabricar el combustible allá.
Un equipo de la Universidad de Mississippi (Ole Miss) liderado por el profesor Ahmed Badreldin y el doctorando Carter Racine (Texas A&M) demostró en un estudio publicado en ACS Catalysis que el aire de Marte puede convertirse directamente en combustible para cohetes, según un artículo publicado en Phys.org.
La atmósfera marciana es 96% dióxido de carbono —el mismo CO2 que exhalamos—. Es tenue, enrarecida e irrespirable. Pero es combustible en potencia. "No se puede traer todo lo necesario de la Tierra, porque cada kilogramo adicional incrementa enormemente el coste y la complejidad", explicó Badreldin. "Así pues, la pregunta es: ¿Cómo podemos fabricar los combustibles y productos químicos necesarios para la exploración espacial a partir de los recursos ya disponibles en el destino?".
La respuesta es una forma de electrólisis con un catalizador de cobre diseñado a medida, 100.000 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano. Con electricidad, toma CO2 y lo convierte en metano. "Nuestro trabajo consiste básicamente en tomar CO2 y usar electricidad para convertirlo en combustibles y productos químicos que contienen carbono", dijo Racine. "Si podemos fabricarlas utilizando CO2 capturado y electricidad renovable, podríamos reducir la dependencia del carbono fósil virgen y ayudar a cerrar el ciclo del carbono".
El metano es clave: es el propulsor que SpaceX y otras compañías ya planean usar para el Starship y futuros cohetes marcianos.
La pureza lo es todo en Marte
Otras tecnologías ya hacen esta reacción en la Tierra, pero con un problema: generan muchos subproductos no deseados que luego hay que separar en enormes plantas industriales. En Marte eso no existe.
"Los principales desafíos técnicos para las aplicaciones en Marte radican en que no se puede contar con la misma infraestructura de separación y purificación exhaustiva que tenemos en la Tierra", advirtió Badreldin. "En la Tierra, se pueden separar los productos deseados de los no deseados, pero en Marte, el producto final debe alcanzar una pureza similar a la de un propulsor".
El avance de Ole Miss es justamente ese: el catalizador de cobre está diseñado para ser ultra selectivo. Impulsa la reacción casi exclusivamente hacia metano, reduciendo al mínimo la purificación posterior. Combustible listo para cargar.
El equipo ahora probará diferentes materiales y entornos de reacción para mejorar actividad, selectividad y estabilidad a largo plazo, gracias a una subvención del programa EPSCoR de la Nasa. "Al ajustar la estructura del catalizador y el entorno de reacción local, nuestro objetivo es mejorar la actividad, la selectividad hacia el metano y la estabilidad a largo plazo, lo cual es muy importante para este trabajo", señaló Badreldin.
Más allá de Marte: ¿y si sirve para salvar la Tierra?
El mismo proceso podría revolucionar industrias terrestres difíciles de descarbonizar. El metano es el componente principal del gas natural y materia prima para alcoholes y productos químicos industriales. Si se puede producir de forma distribuida a partir de CO2 capturado, no harían falta mega-plantas centralizadas. "En la Tierra, existe un gran interés en utilizar el metano como materia prima para producir productos químicos de mayor valor", dijo Badreldin.
Incluso la aviación, donde las baterías son demasiado pesadas para volar lejos, podría beneficiarse. "No se puede instalar una batería grande y pesada en un avión porque no podrá volar bien ni recorrer largas distancias", explicó Racine. "Pero podríamos instalar combustibles sintéticos a base de carbono en el mismo avión ahora mismo y volaría igual de bien sin combustible fósil virgen".
Eso sí, los investigadores aclaran que aún no es una solución climática mágica: si produces metano del aire y luego lo quemas, vuelves a generar CO2. Es cero neto, no negativo. "Si extraes ese CO2 de la atmósfera para producir metano y luego lo quemas como combustible, recreas el mismo CO2. Eso es cero emisiones netas. Básicamente, has cerrado el ciclo", dijo Badreldin.
El próximo paso es ir más allá: transformar ese CO2 en productos donde el carbono quede almacenado durante mucho tiempo y no vuelva inmediatamente a la atmósfera.
De fabricar el pasaje de vuelta desde Marte a cerrar el ciclo del carbono en la Tierra. El mismo catalizador diminuto podría servir para las dos cosas.