Le future missioni con equipaggio su Marte avranno bisogno di ossigeno, non solo per la sopravvivenza degli astronauti ma anche come propellente per i razzi. E la soluzione economicamente più conveniente sarebbe riuscire a produrre la risorsa in situ. Le significative riserve di ghiaccio d'acqua marziane sono promettenti perché l’acqua è composta da idrogeno e ossigeno. In particolare, i composti noti come catalizzatori sono in grado di stimolare reazioni chimiche che “dividono” le molecole d’acqua per generare ossigeno e idrogeno gassoso.

In un nuovo studio, pubblicato su Nature Synthesis, un team, guidato dal Prof. Luo Yi, dal Prof. Jiang Jun e dal Prof. Shang Weiwei dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), ha utilizzato l'Intelligenza Artificiale (IA) per produrre alcuni catalizzatori che dissociano l’acqua, conducendo i test su materiali marziani. I ricercatori si sono concentrati su cinque diverse categorie di meteoriti marziani.

 

Il procedimento

Gli scienziati hanno esplorato la possibilità di decomporre l’acqua per produrre ossigeno attraverso l’elettrolisi guidata dall’energia solare con l’aiuto di catalizzatori della reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER) 1. L'elettrolisi dell'acqua è un processo elettrolitico nel quale il passaggio di corrente elettrica causa la scomposizione della molecola in ossigeno e idrogeno gassoso. La sfida è trovare un modo per sintetizzare questi catalizzatori in situ utilizzando materiali marziani, invece di trasportarli dalla Terra che risulterebbe troppo costoso. Ed è qui che entra in gioco il chimico IA.

Raccogliendo e analizzando campioni dai meteoriti provenienti da Marte, il cervellone artificiale ha calcolato più di 3,7 milioni di molecole che si potrebbe produrre da sei diversi elementi metallici nelle rocce: ferro, nichel, manganese, magnesio, alluminio e calcio.

Nel giro di sei settimane, senza alcun intervento umano, l'IA ha selezionato, sintetizzato e testato 243 di queste diverse molecole, trovando il miglior catalizzatore che potrebbe dissociare l’acqua a meno 37 gradi Celsius, una tipica temperatura marziana.

I ricercatori stimano che uno scienziato umano avrebbe impiegato qualcosa come 2.000 anni per trovare il “miglior” catalizzatore utilizzando tecniche convenzionali.

Tuttavia, Jiang ha osservato che, sebbene questi risultati suggeriscano che l’intelligenza artificiale possa essere molto utile nella scienza, “allo stesso tempo ha bisogno della guida di scienziati umani. Il robot chimico IA è intelligente solo se gli abbiamo insegnato cosa fare”.

"In futuro, gli esseri umani potranno costruire una fabbrica di ossigeno su Marte con l'assistenza di un chimico IA", ha affermato Jiang. Sono necessarie solo 15 ore di irradiazione solare per produrre la concentrazione di ossigeno sufficiente necessaria per la sopravvivenza umana. "Questa tecnologia rivoluzionaria ci avvicina di un passo alla realizzazione del nostro sogno di vivere su Marte", ha aggiunto.

Il team sta lavorando per trasformare il chimico AI in una piattaforma sperimentale generale per varie sintesi chimiche senza intervento umano. Inoltre, verificherà che il robot possa operare in condizioni marziane, "in cui la composizione atmosferica, la densità dell'aria, l'umidità, la gravità e così via sono così diverse da quelle della Terra", ha detto Jiang.

 

Note
1. La reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER) assieme alla reazione di evoluzione dell’idrogeno (HOR) sono le due reazioni cardine per la scissione dell’acqua che stanno alla base dell’elettrolisi e avvengono rispettivamente al catodo e all’anodo. Nell'elettrolisi il passaggio di corrente crea un'effervescenza in corrispondenza degli elettrodi: l'acqua si scinde nei due gas costituenti, idrogeno e ossigeno. L'idrogeno appare al catodo (l'elettrodo caricato negativamente da cui gli elettroni vengono immessi nell'acqua), mentre all'anodo (l'elettrodo caricato positivamente, in cui vengono assorbiti gli elettroni provenienti dall'acqua) si sviluppa ossigeno.