La Luna ha abbondante ossigeno e minerali, cose indispensabili per qualsiasi civiltà spaziale. Il problema è che sono bloccati insieme nella regolite. Separare i due fornirà una ricchezza di risorse critiche, ma separarli è un problema complicato.
La regolite della Luna varia da 2 metri (6,5 piedi) di profondità nelle regioni di cavalla, a 20 metri (65 piedi) di profondità nelle regioni degli altopiani. A differenza della Terra, dove la superficie è modellata e costruita da processi sia biologici che geologici, la regolite della Luna è in gran parte costituita da frammenti polverizzati e fatti saltare della crosta causati da impatti. L'ossigeno e i minerali sono bloccati negli ossidi minerali e nelle particelle vetrose create attraverso il calore degli impatti.
L'ossigeno è l'elemento più abbondante nella regolite della Luna, che costituisce il 40-45% in peso della regolite. Gli scienziati hanno studiato per anni l'utilizzazione delle risorse in situ (ISRU), cercando di trovare un metodo per separare l'ossigeno dagli altri elementi, per utilizzare entrambi. In genere, ciò richiede molta energia, che rappresenta una barriera significativa.
Una nuova ricerca supportata dall'Agenzia spaziale europea delinea un metodo per l'estrazione dell'ossigeno che non richiede così tanta energia.
"Questo ossigeno è una risorsa estremamente preziosa, ma è legato chimicamente al materiale come ossidi sotto forma di minerali o vetro ed è quindi non disponibile per l'uso immediato", spiega la ricercatrice Beth Lomax dell'Università di Glasgow, il cui dottorato di ricerca è essere supportato tramite Networking and Partnering Initiative dell'ESA, sfruttando la ricerca accademica avanzata per le applicazioni spaziali.
"Questa ricerca fornisce una dimostrazione del concetto che possiamo estrarre e utilizzare tutto l'ossigeno dalla regolite lunare, lasciando un sottoprodotto metallico potenzialmente utile", ha detto Lomax in un comunicato stampa.
Il metodo di estrazione si basa sull'elettrolisi, qualcosa che la maggior parte di noi apprende al liceo. Ma questo metodo usa il sale fuso come elettrolita.
"L'elaborazione è stata eseguita utilizzando un metodo chiamato elettrolisi del sale fuso", ha detto Lomax. “Questo è il primo esempio di elaborazione diretta da polvere a polvere di simulante di regolite lunare solido in grado di estrarre praticamente tutto l'ossigeno. Metodi alternativi di estrazione lunare dell'ossigeno raggiungono rese significativamente più basse o richiedono la fusione della regolite con temperature estreme superiori a 1600 ° C. "
Questo metodo utilizza sale cloruro di calcio fuso come elettrolita. La regolite simulata viene posizionata in un cestino a rete ed è riscaldata a 950 ° C (1740 F.) A quella temperatura la regolite rimane solida. Quindi viene applicata la corrente e l'ossigeno viene estratto e raccolto in un anodo. Altri metodi di estrazione richiedono il riscaldamento di tutto a 1600 C (2900 F), un massiccio aumento di energia richiesta.
Questo metodo ha estratto il 96% dell'ossigeno in 50 ore. Ma in sole 15 ore, è stato in grado di estrarre il 75%. Poiché l'ossigeno è così abbondante nella regolite lunare, questi risultati sembrano promettenti.
"Questo lavoro si basa sul processo FCC - dalle iniziali dei suoi inventori con sede a Cambridge - che è stato ampliato da una società britannica chiamata Metalysis per la produzione commerciale di metalli e leghe", ha affermato Lomax.
Metalysis ha sviluppato il metodo dell'elettrolisi del sale fuso proprio perché ha un consumo energetico ridotto. Il materiale da separare non deve essere liquido, quindi è necessaria meno energia. Sostengono inoltre che il loro sistema non produce sottoprodotti tossici.
"Stiamo lavorando con Metalysis ed ESA per tradurre questo processo industriale nel contesto lunare, e i risultati finora sono molto promettenti", osserva Mark Symes, supervisore del dottorato di ricerca Beth presso l'Università di Glasgow.
La disponibilità di diversi minerali cambia a seconda della posizione sulla Luna. C'è molto lavoro da fare per mappare ed esplorare le risorse della Luna.
James Carpenter, responsabile della strategia lunare dell'ESA commenta: "Questo processo darebbe ai coloni lunari l'accesso all'ossigeno per il carburante e il supporto vitale, nonché una vasta gamma di leghe metalliche per la produzione in situ - l'esatta materia prima disponibile dipenderebbe da dove Luna atterrano. "
Con i razzi riutilizzabili sviluppati da aziende come SpaceX, il costo del trasporto di materiale dal pozzo di gravità terrestre è diminuito. Ma è ancora costoso. Il trasporto di un singolo chilogrammo sulla Luna può costare decine di migliaia di dollari. Questo costo significa che qualsiasi piano realistico per un avamposto o una colonia lunare sarebbe un enorme drenaggio finanziario.
Senza un modo per estrarre risorse per il combustibile e la costruzione, e senza una fonte di ossigeno sulla Luna, sembra improbabile che gli umani possano stabilire qualsiasi tipo di presenza lì. Progressi tecnologici come questo avranno un ruolo enorme nel futuro dell'esplorazione dello spazio.
Di Più:
- Comunicato stampa: OSSIGENO E METALLO DA LUNAR REGOLITH
- Documento di ricerca: dimostrare la fattibilità di un processo elettrochimico per l'estrazione simultanea di ossigeno e la produzione di leghe metalliche dalla regolite lunare
- NASA: utilizzo delle risorse in situ
- Space Magazine: raccolta di risorse dal sistema solare. Utilizzo delle risorse in situ
