Utrymmet är svårt, ordspråket säger, och att bedriva vetenskap i rymden innebär egna utmaningar. Få forskare har behövt övervinna orkaner och jordbävningar, fastän, bara två av hindren ett team av kemister i Puerto Rico stod inför att få sin undersökning till den internationella rymdstationen.

Undersökningen, Att belysa ammoniakelektrokemiska oxidationsmekanismen via elektrokemiska tekniker vid ISS (Ammoniakelektrooxidation) undersöker ammoniakoxidation i mikrogravitation.

Ammoniak är en liten molekyl som består av kväve och väte. Oxidation är en reaktion som involverar syre som bryter upp dessa molekyler, producerar kvävgas, vatten, och elektrisk energi. En förening i mänsklig urin, urea, kan omvandlas till ammoniak, gör det till en lättillgänglig resurs. Oxidationsprocessen kan sedan användas för att producera vatten och energi, både kritiska behov för framtida långsiktiga rymduppdrag, liksom sätt att ta bort ammoniak från en rymdfarkost eller livsmiljö.

Teamet utvecklade tidigare det elektrokemiska ammoniakborttagningssystemet, eller EAR, en uppställning som liknar ett batteri som oxiderar ammoniak elektrokemiskt eller med elektrisk ström. De satte EAR på prov på flera parabolflygningar, som ger forskare tillgång till kortsiktig mikrogravitation genom att sätta ett plan i fritt fall. Resultaten visade att mikrogravitation minskade bränslecellens prestanda med 20 till 65 procent. Forskarna misstänkte att frånvaron av flytkraft i mikrogravitationen orsakade minskningen, men behövde göra mer forskning för att bekräfta den hypotesen.

"Du har bara cirka 25 sekunder på parabolflyg, " säger chefsutredaren Carlos Cabrera, kemiprofessor vid University of Puerto Rico i Rio Piedras i San Juan. "Så vi ville använda rymdstationen för att titta på processen under en längre tid."

Ammoniakelektrooxidationsutredningsförslaget fick godkännande från NASA 2016 under sponsring av ISS National Lab. Teamet fick först designa om sin ursprungliga flygutrustning, krympa EAR från storleken på ett litet kylskåp till något närmare en skokartong.

Den uppgiften föll på Camila Morales-Navas, en kemi Ph.D. student vid universitetet som hade arbetat med parabolflygproven.

Sedan svepte orkanen Maria över Dominica, St Croix, och Puerto Rico i september 2017. Förlusterna uppgick till mer än 91 miljarder USD, mestadels i Puerto Rico, där nästan 3, 000 människor dog. Kategori 5-stormen lämnade också öns hela befolkning utan el. Fem månader senare, en fjärdedel av invånarna saknade fortfarande ström.

"Vi hade ingen ström på campus förrän i januari 2018, " säger Morales-Navas. "Vi kan lista ut saker på papper, men behövde ström för att testa konfigurationer för den mindre utrustningen. Lyckligtvis, vi hade en kraftgenerator i vårt labb på Molecular Sciences Research Center, så vi fortsatte."

Fler hinder väntade ännu. I slutet av 2019 och början av 2020, Puerto Rico upplevde en serie jordbävningar som återigen tog strömmen, och universitetet stängde tills byggnadsinspektionerna var klara. I mars i år, den globala pandemin stängde campus och lab och i augusti, Den tropiska stormen Isaias slog ut makten ännu en gång.

"Det är som extremsporter, har bott på den här ön de senaste tre åren, " säger Morales-Navas.

Genom allt, hon fortsatte jobba, och senast i augusti 2020, hade den mindre hårdvaran redo. Utredningen red till slut till stationen på NG-14, den 14:e fraktflygningen för Northrop Grummans Cygnus-återförsörjningsfarkost som sjösattes den 2 oktober.

Driften av själva experimentet innebär vissa utmaningar, för.

"Mikrogravitationens flytkraftsfria miljö påverkar reaktionerna i systemet, " säger Morales-Navas. "Om de gasformiga biprodukterna bildas som bubblor, det kan blockera ytterligare reaktioner."

Forskarna inkluderade upprepade försök i sin design så att även om bubblor påverkar några av körningarna, de kan fortfarande samla in data från de andra.

"Astronauter som åker till Mars kommer att behöva energi, " tillägger Cabrera. "Vårt mål är att föra tekniken till en nivå av beredskap för långsiktiga uppdrag."