Księżyc ma dużo tlenu i minerałów, rzeczy niezbędnych dla każdej cywilizacji kosmicznej. Problem polega na tym, że są zamknięci razem w regolicie. Rozdzielenie ich zapewni bogactwo zasobów krytycznych, ale rozdzielenie ich jest zawiłym problemem.
Regolit księżyca waha się od 2 metrów głębokości w regionach klaczy do 20 metrów (65 stóp) głębokości w regionach górskich. W przeciwieństwie do Ziemi, gdzie powierzchnia jest kształtowana i budowana zarówno przez procesy biologiczne, jak i geologiczne, regolit Księżyca składa się w dużej mierze ze sproszkowanych, zniszczonych fragmentów skorupy spowodowanych uderzeniami. Tlen i minerały są zamknięte w tlenkach mineralnych oraz w szklistych cząsteczkach wytwarzanych przez ciepło uderzeń.
Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w regolicie Księżyca, stanowiąc między 40-45% regolitu na wagę. Naukowcy od lat badają wykorzystanie zasobów in situ (ISRU), próbując znaleźć metodę oddzielania tlenu od innych pierwiastków, aby wykorzystać oba te elementy. Zazwyczaj wymaga to dużej ilości energii, co stanowi znaczącą barierę.
Nowe badania wspierane przez Europejską Agencję Kosmiczną nakreślają metodę ekstrakcji tlenu, która nie wymaga tak dużo energii.
„Tlen jest niezwykle cennym zasobem, ale wiąże się chemicznie w materiale w postaci tlenków w postaci minerałów lub szkła i dlatego nie jest dostępny do natychmiastowego użycia”, wyjaśnia badaczka Beth Lomax z University of Glasgow, którego praca doktorska to wspierane przez ESA Networking and Partnering Initiative, wykorzystujące zaawansowane badania akademickie do zastosowań kosmicznych.
„Te badania stanowią dowód koncepcji, że możemy wydobywać i wykorzystywać cały tlen z księżycowego regolitu, pozostawiając potencjalnie użyteczny metaliczny produkt uboczny”, powiedział Lomax w komunikacie prasowym.
Metoda ekstrakcji polega na elektrolizie, o czym większość z nas uczy się w szkole średniej. Ale ta metoda wykorzystuje stopioną sól jako elektrolit.
„Przetwarzanie przeprowadzono metodą elektrolizy stopionej soli”, powiedział Lomax. „Jest to pierwszy przykład bezpośredniego przetwarzania proszku z proszku stałego symulatora księżycowego regolitu, który może ekstrahować praktycznie cały tlen. Alternatywne metody księżycowej ekstrakcji tlenu pozwalają uzyskać znacznie niższe wydajności lub wymagają stopienia regolitu w ekstremalnych temperaturach przekraczających 1600 ° C. ”
W tej metodzie stosuje się stopioną sól chlorku wapnia jako elektrolit. Symulowany regolit jest umieszczany w koszyku siatkowym i całość ogrzewa się do 950 ° C (1740 F.) W tej temperaturze regolit pozostaje stały. Następnie przykładany jest prąd, a tlen jest pobierany i gromadzony na anodzie. Inne metody ekstrakcji wymagają podgrzania wszystkiego do 1600 C (2900 F), co wymaga ogromnego wzrostu energii.
Ta metoda wyekstrahowała 96% tlenu w ciągu 50 godzin. Ale w zaledwie 15 godzin był w stanie wyodrębnić 75%. Ponieważ tlen jest tak obfity w księżycowym regolicie, wyniki te wyglądają obiecująco.
„Ta praca opiera się na procesie FCC - od inicjałów wynalazców z Cambridge - który został rozbudowany przez brytyjską firmę Metalysis do komercyjnej produkcji metali i stopów”, powiedział Lomax.
Metaliza opracowała metodę elektrolizy stopionej soli właśnie dlatego, że jest ona mniej energochłonna. Materiał do oddzielenia nie musi być płynny, więc potrzeba mniej energii. Twierdzą również, że ich system nie wytwarza żadnych toksycznych produktów ubocznych.
„Współpracujemy z Metalysis i ESA, aby przełożyć ten proces przemysłowy na kontekst księżycowy, a dotychczasowe wyniki są bardzo obiecujące”, zauważa Mark Symes, doktor nauk prawnych Beth na Uniwersytecie w Glasgow.
Dostępność różnych minerałów zmienia się w zależności od lokalizacji na Księżycu. Dużo pracy zajmuje mapowanie i badanie zasobów Księżyca.
James Carpenter, urzędnik ds. Strategii księżycowej ESA, komentuje: „Ten proces zapewniłby osadnikom księżycowym dostęp do tlenu w celu zapewnienia paliwa i podtrzymania życia, a także szerokiej gamy stopów metali do produkcji in situ - dokładny dostępny surowiec zależałby od tego, gdzie Księżyc, na którym lądują.
Dzięki rakietom wielokrotnego użytku opracowanym przez takie firmy jak SpaceX, koszt transportu materiału z odwiertu grawitacyjnego Ziemi spadł. Ale wciąż jest drogi. Transport jednego kilograma na Księżyc może kosztować dziesiątki tysięcy dolarów. Ten koszt oznacza, że wszelkie realistyczne plany dotyczące księżycowej placówki lub kolonii byłyby ogromnym obciążeniem finansowym.
Bez możliwości wydobycia zasobów na paliwo i konstrukcję oraz bez źródła tlenu na Księżycu wydaje się mało prawdopodobne, aby ludzie mogli tam ustanowić jakąkolwiek obecność. Postępy technologiczne będą odgrywać ogromną rolę w przyszłości eksploracji kosmosu.
Więcej:
- Informacja prasowa: TLEN I METAL Z REGULACJI LUNARNEJ
- Artykuł badawczy: Zapewnienie opłacalności procesu elektrochemicznego dla jednoczesnej ekstrakcji tlenu i produkcji stopów metali z księżycowego regolitu
- NASA: Wykorzystanie zasobów in situ
- Space Magazine: Pozyskiwanie zasobów z układu słonecznego. Wykorzystanie zasobów w sytuacji
