Por Ídem Osorio De Jesús (idem.osorio@upr.edu)
Prensa RUM
viernes, 26 de junio de 2020

La tecnología que se inventó con un material adsorbente creado en uno de los laboratorios del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM), de la Universidad de Puerto Rico (UPR), para purificar el aire que respiran los astronautas en la Estación Espacial Internacional y en misiones de largo alcance, está cada vez más cerca de poder utilizarse como un prototipo, luego de alcanzar resultados que superan los requisitos que establece la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (NASA).

El proyecto del doctor Arturo J. Hernández Maldonado, catedrático del Departamento de Ingeniería Química (INQU), es el único en Puerto Rico en contar con una subvención de $750 mil, a través del programa Small Business Technology Transfer (SBIR/STTR) de la NASA, con una categoría de Fase II. Este logro tiene suma relevancia, ya que su nivel de presteza o prontitud o Technical Readiness Level, (TRL), ha trascendido seis fases en una escala de nueve pasos, que lo coloca muy próximo a transferir tecnología transformadora que también tendrá impacto en la sociedad. Esta podría utilizarse en distintas aplicaciones, entre ellas, en futuras expediciones espaciales, incluso a Marte y en aplicaciones terrestres.

La investigación que ha dirigido el profesor, junto a su equipo de trabajo, integrado por estudiantes subgraduados y graduados, tiene una sólida trayectoria de más de una década que ha ido avanzando en distintas etapas y que ha recibido varias inyecciones económicas de la NASA ascendentes a más de $1 millón. Igualmente, ha obtenido tres patentes como parte del esfuerzo en 2017, 2018 y 2019, aprobadas para cubrir todas las bases que implica el material: su preparación, su composición y su uso.

“Estamos hablando de una historia de más de 10 años, desde engendrar una idea, buscar una solución, hasta llevarla a la realidad con la colaboración y esfuerzo de estudiantes. La satisfacción es increíble. Al final del día, es sumamente agradable ver algo que se imaginó, y que pudo materializarse y trascender. Incluso, entiendo que será un escalón más para el avance de la ciencia y la ingeniería, en las que haces un descubrimiento que más adelante, en 10 o 15 años, algún otro científico pueda utilizar como base para su trabajo y se convierta en otras aportaciones mayores. Significa mucho para mí, ver que cierro, básicamente, ese ciclo, de contribuir con un invento desde el laboratorio para la sociedad”, reiteró el doctor Hernández Maldonado.

El ingeniero químico explicó que el adsorbente que inventó cumple con el reto de purificar gases o, en este caso específico, filtrar dióxido de carbono (CO₂) en las cabinas de los astronautas y proveer mayor pureza en términos del aire que respiran. Junto con la compañía TDA Research Inc., responsable del prototipo que alberga el material patentado, se ha creado un sistema de alta eficiencia que hará esa función en las estaciones espaciales durante sus misiones, particularmente en aquellas de largo plazo, de manera costoefectiva y con mayor eficiencia.

Detalló que básicamente, lo que busca la entidad es reducir la concentración del dióxido de carbono en la estación espacial, que es de 5,000 mil partes por millón, contrario a las 400 partes por millón que se respira usualmente en nuestro planeta. Operar misiones a ese nivel de concentración, causa en los tripulantes de misiones espaciales síntomas que van desde migrañas, hasta una reducción en respuestas fisiológicas. En el caso de una migraña, esto se resuelve con medicamento para el astronauta, pero puede representar un reto en las misiones que tengan una duración de varios meses, hasta años.

Ante esa premisa, la División de Medicina Fisiológica de la NASA hizo una petición a los ingenieros de una tecnología que reduzca la concentración a niveles cercanos a 1,000 partes por millón. A su vez, los grupos de ingeniería en Sistemas de Apoyo a la Vida de NASA solicitaron que dicha tecnología no consumiera mucha energía y que fuese compatible con los diseños existentes al tiempo que provea un mejor ambiente en sus condiciones de trabajo a los navegantes espaciales.

Esto es relevante, ya que el costo de subir cualquier artefacto al espacio alcanza el orden de $30 mil por libra, y en cada viaje se contempla transportar a toda una tripulación, con los equipos y suministros necesarios. El costo aumentaría más y de manera significativa si se trata de una misión que envuelva un viaje a lugares lejanos en el espacio como, por ejemplo, el planeta Marte. La tecnología que ha desarrollado el doctor Hernández Maldonado y su grupo de investigación, en conjunto con el prototipo del contratista de la NASA, TDA, tiene esa capacidad que se busca de manera segura, eficiente y liviana. Es así como se convirtió en un proyecto investigativo oficial desde el 2005.

“Es donde entra la habilidad o el talento de nuestro equipo de trabajo. Nosotros podemos preparar estos materiales, en lo que se conoce como diseño de abajo hacia arriba. Es mirarlo primero a nivel de átomos y desde allí construimos un material que, eventualmente, demostramos que es perfecto para el objetivo en la mira. ¿Perfecto por qué? Para remover la cantidad de dióxido de carbono de la manera que NASA requiere. Para poder regenerar el material, para volver a utilizarlo, no tienes que usar mucha energía y eso también a ellos les agradó. De nuevo, te podrás imaginar, el acceso a fuentes de energía y su acumulación no es fácil en misiones espaciales. Si tú tienes algo que consume grandes porciones de energía, perjudicas a otras partes de la misión”, reveló el catedrático.

El científico subrayó que básicamente el material nanoporoso creado en su laboratorio, filtra el aire para capturar el dióxido de carbono a una escala molecular. El papel de la compañía TDA ha sido fundamental en el proceso, ya que también reproduce el material adsorbente en las cantidades necesarias.

“Yo cubro las bases científicas y compruebo a NASA que el material cumple con la función que ellos necesitan. Sin embargo, un laboratorio de ambiente académico rara vez pudiese tener la capacidad para producir adsorbentes nanoporosos en cantidades de escala industrial, de manera que NASA pueda implementarlo a la escala de sus operaciones. Es entonces cuando la compañía TDA entra en este tipo de proyectos y hace un scale-up, aparte de unas pruebas de ingeniería para demostrar, por ejemplo, que el material es estable, que puede someterse a múltiples ciclos y que sostiene su capacidad, uso e identidad”, agregó.

Por un lado, la misión de la contratista TDA es probarle a la NASA que la tecnología está lista para usarse en cualquier momento, y por el otro, promocionarla para otras aplicaciones, aparte de las espaciales, ya que se podría integrar en otras instancias como, por ejemplo, para la ultrapurificación de oxígeno para uso en hospitales.

Algunas de las más importantes fases del proyecto investigativo han incluido las siguientes subvenciones de la NASA: SBIR Lightweight Advanced Sorbent-Based Device to Collect and Pressurize CO₂ from Martian Atmospheres, de $125 mil, de junio a diciembre de 2014; el STTR Fase I Highly Efficient Closed-Loop CO₂ Removal System for Deep-Space ECLSS, entre julio de 2016 a junio de 2017, por $150 mil; y el STTR Fase II: Highly Efficient Closed-Loop CO₂ Removal System for Deep-Space ECLSS, de julio 2018 al presente, por $750 mil. Asimismo, la fase de descubrimiento del material fue una realidad gracias a subvenciones que se remontan al 2007 a través del Puerto Rico Space Grant Consortium y el NASA University Research Center (URC), en 2008. En el caso de este último, se trató de una dádiva otorgada a la UPR en dos fases por un total de $10 millones para apoyar varias iniciativas de investigación para sistemas de apoyo a misiones de NASA, incluyendo remoción de CO2.

“El hecho de que logramos obtener todos estos grants e ir subiendo, evidencia cuán serias y competitivas son las investigaciones que estamos realizando en nuestra isla, en la UPR, en qué dirección van y el potencial que tienen. Cada asignación económica indica que te graduaste de esa etapa. En términos de transferencia de tecnología, entiendo que mi laboratorio es probablemente uno de los más lejos que ha llegado al momento en Puerto Rico, dentro de la ruta de NASA STTR con una fase dos. En el punto que estamos, el producto ha logrado que toquemos la puerta para lo que sería el nivel 7 y 8 en la escala TRL, que consta de entregar el material y la tecnología final para que NASA haga sus pruebas y despliegue”, indicó.

El doctor Hernández Maldonado agradeció el trabajo y la colaboración de todos sus estudiantes de investigación en el RUM, cuya aportación ha sido fundamental en este proyecto. Incluso, muchos de ellos ya han culminado sus grados y trabajan en prestigiosas entidades nacionales e internacionales, como es el caso de los doctores Milton Rivera Ramos y Ana Arévalo Hidalgo, quienes completaron su doctorado en Ingeniería Química del RUM, bajo su consejería académica en 2009 y 2011, respectivamente.

“Llena mucho el hecho de utilizar una idea para educar estudiantes y colaborar con ellos en el camino. Aunque hablamos un lenguaje que pocos hablan, cualquiera que observe desde afuera puede notar la felicidad y satisfacción de los alumnos cuando adquieren conocimientos, al hacer los experimentos. Y tal vez, más adelante en sus carreras, es cuando pueden visualizar, sin duda, la conexión del esfuerzo investigativo con el mundo exterior y el campo científico. Los estudiantes se nutren de toda la experiencia y cuando llega, por ejemplo, la patente es cuando ves una satisfacción única en ellos de saber que alcanzaron otro nivel”, puntualizó el catedrático del RUM, con casi 20 años de experiencia docente.

Por su parte, el presidente de la UPR, doctor Jorge Haddock, felicitó al ingeniero químico por su descubrimiento, así como por su compromiso en beneficio de la institución, la ciencia y para Puerto Rico.

“Nuestras felicitaciones al doctor Hernández por su esfuerzo y trabajo incansable a favor de la ciencia y de nuestros estudiantes. Su ambicioso proyecto no solo amplía las oportunidades de operación de la NASA, sino también la investigación desde la academia, generando nuevas posibilidades de desarrollo para la industria aeroespacial. Su trabajo es el mejor ejemplo de la educación de excelencia que ofrece la UPR. Agradecemos a la NASA por su apoyo y confianza en el talento de nuestros investigadores, profesores y estudiantes”, destacó el presidente Haddock.

Mientras, el rector del RUM, doctor Agustín Rullán Toro, resaltó la aportación del científico y el proyecto que ha liderado a lo largo de la pasada década.

“Nos honra y llena de prestigio tener a catedráticos de la altura del doctor Hernández Maldonado, quien lleva a la práctica el verdadero significado de la docencia universitaria. Su carrera se ha destacado por su pasión de formar a los mejores profesionales en su salón de clases y laboratorios, y también por su misión de dejar un legado a través de sus investigaciones, que redundan en un impacto para la humanidad”, puntualizó el Rector.