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Viver em Marte:
Como Produzir Oxigénio... E Combustível para Regressar a Casa
por Vasco Guerra e Tiago Silva
O envio de uma missão tripulada a Marte constituirá
um dos maiores avanços da aventura espacial
nos próximos anos. A criação de um ambiente
respirável no planeta vermelho será um dos grandes
desafios a ultrapassar. Em princípio será possível obter
oxigénio através da conversão do dióxido de carbono
existente na atmosfera marciana. E uma nova solução
para o conseguir está em desenvolvimento: baseia-se em
tecnologias de plasmas.
A exploração especial está a iniciar uma nova era, com
Marte na agenda. As maiores agências espaciais – como
a ESA (Europa), NASA (EUA), Roscosmos (Russia) ou a
JAXA (Japão) –, por vezes em parceria com companhias
privadas, têm em curso ou apresentaram recentemente
programas muito ambiciosos de exploração de Marte.
Uma missão a Marte será um empreendimento ex-
traordinário. A distância entre a Terra e Marte varia entre
55 e 400 milhões de quilómetros, dependendo da posição
dos planetas nas suas órbitas. A conjugação correcta das
trajectórias implica que existe uma janela de lançamento
óptima aproximadamente a cada dois anos, correspond-
ente à trajectória de transferência de órbitas de Hohmann.
Figura 1: Trajectória da nave especial ao longo da transferên- óxido sólido (SOEC – Solid Oxide Electrolysis Cells), que é
cia de órbitas de Hohmann, correspondente à órbita que requer
menor energia. As janelas de lançamento são periódicas, depen- frequentemente materiais raros e caros e a sua eficiência
dendo do período sinódico, que é de 780 dias no caso de Marte. energética é muito baixa. Apesar destes inconvenientes, a
A viagem dura cerca de 6 meses. Para regressar numa
órbita semelhante, os astronautas teriam que ficar cerca
de um ano em Marte. Evidentemente, quaisquer recursos
locais que possam ser utilizados irão reduzir a logística e
os custos da missão, aumentar a auto-suficiência e reduzir
os riscos para a tripulação. Daqui resulta o interesse actu-
al na utilização de recursos in-situ (ISRU – in-situ resource
utilization), a recolha de recursos no local de exploração
que de outro modo teriam que ser trazidos da Terra.
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Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico
A atmosfera marciana é formada por cerca de 96% de
CO₂, que é assim o seu principal constituinte. Conta ainda
com aproximadamente 2% de Ar e 2% de N₂. O abundante
dióxido de carbono é o recurso de interesse, já que pode
ser utilizado como matéria prima para produzir localmente
oxigénio, que pode depois ser recolhido e utilizado para
respirar. O processo baseia-se na decomposição do dióxido
de carbono em monóxido de carbono e oxigénio e a sua
concretização dará um enorme impulso ao estabelecimen-
to de uma colónia no planeta vermelho. Este processo de
decomposição vem com um bónus: para além de garantir
um abastecimento regular de oxigénio, pode assegurar a
produção de combustível! Com efeito, já foi proposto uti-
lizar oxigénio e monóxido de carbono como carburantes
para foguetões [1]. Pode ainda imaginar-se um processo
de decomposição que vá até à produção de carbono, que
poderia ser usado como elemento de construção de difer-
entes estruturas de carbono e de moléculas orgânicas.
A molécula de CO₂ é muito estável e, como tal, muito
difícil de decompor. Por outras palavras, a dissociação do
CO₂ é um processo fortemente endotérmico, que requer
a utilização de uma quantidade apreciável de energia (pelo
menos 5.5 eV). A tecnologia existente hoje em dia para a
dissociação do CO₂ baseia-se em células de electrólise de
uma tecnologia robusta e estabelecida. No entanto, utiliza
NASA enviou em 2020 uma empolgante missão a Marte
que inclui uma experiência ISRU de produção de oxigénio
(MOXIE) [2]. O MOXIE é transportado pelo rover Pers-
erverance, que aterrou em Marte em Fevereiro de 2021!
Soluções biológicas, baseadas em algas ou bactérias, são
de momento puramente especulativas. Uma equipa do
Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN) do Instituto
Superior Técnico (IST) propôs recentemente uma solução
radicalmente diferente, baseada na utilização de plasmas
de baixa temperatura [3,4].
Porquê Plasmas?
Os plasmas de baixa temperatura são gases ionizados
onde apenas uma fracção do gás está ionizada. As várias
partículas – electrões, iões positivos, iões negativos, áto-
mos e moléculas neutros e fotões – têm propriedades e
energias muito diferentes. Os electrões são leves e por
isso fáceis de acelerar por aplicação de campos eléctricos.
Tornam-se muito energéticos e criam, por colisão com out-
ras partículas, várias espécies químicas reactivas. Por seu
lado, as moléculas e átomos neutros do gás mantêm uma
temperatura suficientemente baixa para limitar as perdas