El sistema
Tres etapas y dos acoplamientos. Los acoplamientos son el punto: sin ellos esto son tres inventos separados en vez de una máquina.
Etapa 1 — Biorremediación
El regolito entra a una cámara sellada, húmeda y anaerobia, inoculada con bacterias reductoras de perclorato. Usan el perclorato como aceptor final de electrones y dejan cloruro inerte:
ClO₄⁻ → ClO₃⁻ → ClO₂⁻ → Cl⁻ + O₂
La ruta pasa por la perclorato reductasa y la clorito dismutasa. Las cepas son Azospira suillum PS, que en laboratorio se cultiva a 37 °C, y Dechloromonas aromatica RCB, un microbio del suelo. Ninguna está modificada.
No exagerar con el oxígeno
El O₂ de esa ecuación lo respiran las mismas células. Aunque se capturara todo, seis tripulantes necesitarían tratar 1.7–4.2 toneladas de regolito al día para respirar de ahí. El beneficio de esta etapa es la destoxificación.
Etapa 2 — Columna de filtración
El regolito tratado y el biochar se acomodan por capas en una columna. Las aguas grises se aplican arriba y percolan hacia abajo por gravedad. El biochar adsorbe metales y carga orgánica disuelta; el regolito retiene los sólidos en suspensión.
| Capa | Espesor | Función |
|---|---|---|
| Regolito grueso | 50 mm | reparte el flujo, evita canalización |
| Regolito fino | 200 mm | retiene sólidos en suspensión |
| Biochar | 120 mm | adsorbe metales y orgánicos disueltos |
| Grava de soporte | 50 mm | drenaje |
El efluente llega al procesador principal de agua con menos carga, así que la máquina trabaja menos y sus membranas duran más. Esta es la etapa que se construyó y se probó en banco.
Etapa 3 — Pirólisis
Los restos de comida y el papel se calientan a unos 500 °C sin oxígeno. El material no se quema, se carboniza. La pirólisis lenta deja cerca de una cuarta parte como carbón, y ese carbón adsorbe metales y compuestos orgánicos del agua.
Qué lo vuelve un solo sistema
La etapa 3 le da dos cosas a la etapa 1 sin las cuales no puede operar en Marte.
| Acoplamiento | Por qué hace falta |
|---|---|
| Calor residual | La retorta trabaja cerca de 500 °C. La cepa de referencia crece a 37 °C y la superficie marciana baja hasta unos −153 °C. El calor de la retorta va a la chaqueta del biorreactor; la retorta pide 5.0–7.6 MJ al día para seis tripulantes, y cuánto de eso llega a la chaqueta sigue abierto. |
| Donador de electrones | Las bacterias necesitan un donador orgánico, como acetato o lactato, para respirar el perclorato. La meta es sacarlo del líquido de la pirólisis; mientras no se demuestre, el donador es un consumible. |
Quita la etapa 3 y la etapa 1 pierde su calor y, con el tiempo, su donador. Quita la etapa 1 y el regolito sigue tóxico y no puede servir de medio filtrante.
Pregunta de diseño abierta
Con las etapas apiladas, la gravedad ayuda dos veces y estorba una:
- El regolito tratado cae de la etapa 1 a la etapa 2
- El agua percola hacia abajo por la etapa 2
- El biochar tiene que subir de la etapa 3 a la etapa 2
Opciones en consideración: mover el horno a un costado en vez de abajo; tratar el biochar como recarga manual periódica en vez de flujo continuo; o invertir la pila y aceptar una ruta de calor por conducción en lugar de convección. Sin resolver, y documentado como sin resolver.
Control de contaminación
Dos cosas aquí son invisibles y las dos contaminan. El perclorato es una. El polvo es la otra: un sistema que mueve regolito dentro de un hábitat es en sí mismo una fuente de polvo respirable. El límite de la NASA para polvo marciano es 0.1 mg/m³ como promedio ponderado en 24 horas, más estricto que los 0.3 mg/m³ que la NASA-STD-3001 fija para polvo lunar.
Introducir bacterias terrestres en Marte es una cuestión de protección planetaria bajo la política de COSPAR. La etapa 1 es un reactor de contención total.