Crean un aerogel con polvo lunar y residuos de celulosa que podría proteger las bases ante temperaturas extremas

Investigadores de Purdue University desarrollaron aerogeles a partir de polvo lunar y residuos de celulosa (papel y cartón descartado) que podrían generarse en la propia superficie de la Luna. El objetivo es ofrecer una solución práctica para uno de los desafíos más urgentes de la exploración espacial prolongada: proteger los hábitats lunares de oscilaciones térmicas extremas sin depender del suministro constante de materiales desde la Tierra.

La Luna presenta condiciones térmicas inhóspitas: durante el día lunar las temperaturas pueden alcanzar los 127 ℃ (260 ℉), mientras que de noche descienden hasta los -173 ℃ (-280 ℉). Esa brecha de más de 300 grados convierte al aislamiento en un componente esencial de cualquier estructura habitable.

Un estudio publicado en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering detalla los avances del equipo en el desarrollo de aerogeles compuestos por celulosa nanofibrilada (fibras de celulosa reducidas a dimensiones inferiores a un micrómetro, la millonésima parte de un metro) y simulante de regolito lunar, un material con composición química y mineralógica similar a la del suelo de la Luna.

“Imaginemos un aerogel como un termo de alta tecnología para una base lunar: la mayor parte consiste en espacio vacío que aísla el interior y ayuda a mantener estable la temperatura. Cubrir los hábitats con una capa de este material los protege de las bruscas variaciones térmicas del entorno”, señaló Jacob Staker, investigador de posgrado, en el comunicado de prensa de la universidad.

El material debe esa capacidad a su estructura: hasta un 99% de su volumen es espacio vacío, por lo que el calor apenas encuentra materia sólida a través de la cual desplazarse. En la superficie lunar, donde reina el vacío, esa propiedad se vuelve todavía más valiosa, ya que sin aire de por medio la conducción térmica se reduce al mínimo.

El polvo lunar y los residuos de celulosa son la clave de una nueva clase de aislante

La elección de los materiales no es arbitraria. Alexander Wei, profesor del Departamento de Química James Tarpo Jr. y Margaret Tarpo de Purdue, y Staker seleccionaron la celulosa y el simulante de regolito porque ambos podrían obtenerse directamente en la Luna, lo que reduciría el peso logístico de cada misión.

El simulante contiene principalmente ortosilicatos y aluminosilicatos, minerales que constituyen gran parte de la corteza lunar. La celulosa, en cambio, vendría de los propios residuos que generaría una base habitada.

“Una vez establecido un asentamiento lunar, los habitantes producirán naturalmente residuos ricos en celulosa provenientes de envases de papel o cartón, o incluso de la agricultura lunar”, afirmó Wei en el comunicado institucional. “Y puedo garantizar que los astronautas en la Luna nunca se quedarán sin polvo lunar”, agregó.

El proceso de fabricación combina ambos componentes junto con agua en un molino de bolas planetario, donde esferas de cerámica pesadas los trituran hasta convertirlos en partículas finas.

La molienda no es un paso puramente mecánico: los minerales del simulante desintegran la celulosa en hebras ultrafinas, de menos de un micrómetro de diámetro, que en el aerogel terminado funcionan como aglutinante. Al aumentar la superficie interna del material, esas hebras le dan la resistencia necesaria para que no se quiebre bajo su propio peso.

“El proceso de molienda asistida por minerales es atractivo porque el equipo es relativamente simple y tiene bajo consumo de energía, lo que lo hace adecuado para un entorno donde cada kilogramo transportado desde la Tierra tiene un costo enorme”, indicaron los investigadores en el comunicado de prensa.

El secado por congelación aprovecha las condiciones naturales de la Luna

En la fase experimental, Wei y Staker trabajaron con el grupo de aerogeles inorgánicos de alta temperatura del Centro de Investigación Glenn de la NASA mediante un secador de fluido supercrítico, un método industrial que evita que el material se contraiga o se desmenuce, pero que consume mucha energía y requiere dióxido de carbono, un recurso escaso en la Luna.

Por eso, el equipo estudia la liofilización (secado por congelación) como alternativa para versiones futuras del proceso. De manera similar al secado de alimentos, la técnica congela la mezcla y la coloca en vacío para extraer el agua mediante sublimación: el hielo pasa directamente a vapor sin atravesar el estado líquido y deja un material poroso que conserva su estructura.

“El secado por congelación es en última instancia más práctico y sostenible para la producción en la Luna porque el equipo es mucho más simple”, explicaron los investigadores en el comunicado de prensa.

“Las temperaturas bajo cero nocturnas y el vacío del entorno lunar se vuelven así una ventaja: el agua extraída durante la sublimación puede recuperarse y reutilizarse para un proceso de fabricación circular”, detallaron.

La formulación óptima busca el equilibrio entre aislamiento y resistencia estructural

Wei y Staker prepararon muestras con distintas proporciones de simulante y celulosa. Según se detalla en el estudio, menos celulosa redunda en mejor aislamiento y menor densidad; más celulosa, en mayor resistencia mecánica. El simulante, por su abundancia en la Luna, es el componente más deseable, pero la celulosa es la que le da cohesión al conjunto.

“Queremos que el aerogel sea liviano, resistente y tenga baja conductividad térmica. Al cambiar sistemáticamente la formulación, podemos optimizar la proporción de materiales para obtener la mejor combinación de esas propiedades”, indicó Staker.

“En lugar de intentar hacer el mejor aerogel del mundo, buscamos el punto óptimo donde podamos obtener las propiedades que necesitamos con los recursos limitados que tenemos disponibles”, afirmó Wei. La investigación se inscribe en la estrategia de utilización de recursos in situ, que busca que las misiones de larga duración puedan sostenerse con lo que el entorno lunar ya ofrece.