Kuussa on runsaasti happea ja mineraaleja, asiat, jotka ovat välttämättömiä kaikille avaruuteen ulottuville sivilisaatioille. Ongelmana on, että ne on lukittu yhteen regolithiin. Näiden kahden erottaminen tarjoaa runsaasti kriittisiä resursseja, mutta niiden erottaminen on oksainen ongelma.
Kuun regolitiikka vaihtelee 2 metrin (6,5 jalan) syvyydestä tamman alueilla 20 metrin (65 jalan) syvyyteen ylämaan alueilla. Toisin kuin maassa, jossa pinta on muotoiltu ja rakennettu sekä biologisten että geologisten prosessien avulla, Kuun regoliitti koostuu suurelta osin iskujen aiheuttamista jauhemaisista, puhalletuista kuoren palasista. Happi ja mineraalit lukittuvat mineraalioksidiin ja iskujen lämmön kautta syntyviin lasisiin hiukkasiin.
Happi on Kuun regolithin runsain alkuaine, jonka osuus painosta on 40-45% regolitista. Tutkijat ovat tutkineet in situ Resource Utilization (ISRU) vuosia yrittäen löytää menetelmän hapen erottamiseksi muista elementeistä hyödyntääkseen molempia. Tyypillisesti se vaatii paljon energiaa, mikä on merkittävä este.
Euroopan avaruusjärjestön tukemassa uudessa tutkimuksessa hahmotellaan menetelmä hapen uuttamiseksi, joka ei vaadi niin paljon energiaa.
"Tämä happi on erittäin arvokas voimavara, mutta se sitoutuu kemiallisesti materiaaliin oksideina mineraalien tai lasin muodossa, eikä sitä siksi ole käytettävissä välittömään käyttöön", selittää tutkija Beth Lomax Glasgow'n yliopistosta, jonka tohtorityö on tukee ESAn verkostoitumis- ja kumppanuusaloitetta, hyödyntäen edistynyttä akateemista tutkimusta avaruussovelluksiin.
"Tämä tutkimus tarjoaa todistuksen konseptista, että voimme erottaa ja hyödyntää kaiken happea kuukausiretroliitista, jolloin jää potentiaalisesti käyttökelpoinen metallinen sivutuote", Lomax sanoi lehdistötiedotteessa.
Uuttamismenetelmä perustuu elektrolyysiin, josta suurin osa meistä oppii lukiossa. Mutta tämä menetelmä käyttää sulaa suolaa elektrolyyttinä.
"Prosessointi suoritettiin menetelmällä, jota kutsutaan sulan suolaelektrolyysiksi", Lomax sanoi. ”Tämä on ensimmäinen esimerkki kiinteän kuun regolithimulantin suorasta prosessista jauheesta jauheeksi, joka voi uuttaa käytännössä kaiken happea. Vaihtoehtoisilla kuunhapen uuttamismenetelmillä saavutetaan huomattavasti alhaisemmat saannot tai ne edellyttävät regolitin sulattamista äärimmäisissä lämpötiloissa, jotka ovat yli 1600 ° C. "
Tässä menetelmässä käytetään sulaa kalsiumkloridisuolaa elektrolyyttinä. Simuloitu regoliitti asetetaan verkkokoriin ja kaikki lämmitetään 950 ° C: seen (1740 F). Tässä lämpötilassa regolith pysyy kiinteänä. Sitten syötetään virta, ja happi uutetaan ja kerätään anodilla. Muut uuttamismenetelmät vaativat kaiken kuumentamisen lämpötilaan 1600 ° C (2900 F), mikä vaatii energian huomattavaa lisäystä.
Tällä menetelmällä uutettiin 96% happea 50 tunnissa. Mutta vain 15 tunnissa se pystyi purkamaan 75%. Koska happea on niin runsaasti kuun regolithissa, nämä tulokset näyttävät lupaavilta.
"Tämä työ perustuu FCC: n prosessiin - sen Cambridgessa toimivien keksijöiden alkukirjaimista lähtien - jonka brittiläinen yritys nimitti Metalysis kaupallisten metalli- ja seosaineiden tuotantoon", Lomax kertoi.
Metalysis kehitti sulan suolaelektrolyysimenetelmän juuri siksi, että se on vähemmän energiaintensiivinen. Erotettavan materiaalin ei tarvitse olla nestemäistä, joten tarvitaan vähemmän energiaa. He väittävät myös, että niiden järjestelmä ei tuota myrkyllisiä sivutuotteita.
"Teemme yhteistyötä Metalysis ja ESA: n kanssa kääntääksemme tämän teollisen prosessin kuun tilanteeseen, ja toistaiseksi tulokset ovat erittäin lupaavia", toteaa Bethin PhD-ohjaaja Mark Symes Glasgow'n yliopistossa.
Eri mineraalien saatavuus muuttuu sijainnin mukaan Kuussa. Kuun resurssien kartoittamiseen ja tutkimiseen liittyy paljon työtä.
James Carpenter, ESA: n kuukausistrategiavastaava kommentoi: ”Tämä prosessi antaisi kuukausien asettajille pääsyn happea polttoaineen ja elämän tukemiseksi sekä laajan valikoiman metalliseoksia in situ -valmistukseen - tarkka saatavissa oleva raaka-aine riippuu siitä missä Kuu he laskeutuvat. ”
Kun SpaceX: n kaltaiset yritykset ovat kehittäneet uudelleenkäytettäviä raketteja, materiaalin kuljetuskustannukset maapallon painovoimasta ovat laskeneet. Mutta se on silti kallista. Yhden kilogramman kuljettaminen kuuhun voi maksaa kymmeniä tuhansia dollareita. Tämä kustannus tarkoittaa, että kaikki realistiset suunnitelmat Kuun etupostille tai siirtokunnalle olisivat valtavan valua taloudellisesti.
Ilman tapaa hakea resursseja polttoaineeksi ja rakennusta varten ja ilman happilähdettä Kuulla, näyttää epätodennäköiseltä, että ihmiset pystyisivät havaitsemaan minkäänlaista läsnäoloa siellä. Tämän kaltaisella tekniikan kehityksellä on valtava rooli avaruustutkimuksen tulevaisuudessa.
Lisää:
- Lehdistötiedote: HAPE JA METALLI LUNAR REGOLITHISTA
- Tutkimuspaperi: Sähkökemiallisen prosessin elinkelpoisuuden osoittaminen hapen samanaikaiseen uuttamiseen ja metalliseosten tuotantoon kuun regolitista
- NASA: In situ -resurssien käyttö
- Space Magazine: Resurssien kerääminen aurinkokunnasta. Kohdassa Situ Resource Utilization
