Månen har rigeligt ilt og mineraler, ting, der er uundværlige for enhver rumfarende civilisation. Problemet er, at de er låst sammen i regolitten. At adskille de to vil give et væld af kritiske ressourcer, men at adskille dem er et knudret problem.
Månens regolit varierer fra 2 meter dyb i hopperegioner til 20 meter dybt i højlandet. I modsætning til Jorden, hvor overfladen er formet og bygget af både biologiske og geologiske processer, består Månens regolit i vid udstrækning af pulveriserede, sprængede fragmenter af skorpen forårsaget af stød. Oxygen og mineraler er låst op i mineraloxider og i glasagtige partikler skabt gennem slagvarmen.
Oxygen er det mest udbredte element i Månens regolit, der udgør mellem 40-45 vægtprocent af regolitten. Forskere har studeret In situ Resource Utilization (ISRU) i årevis og forsøgt at finde en metode til at adskille ilt fra de andre elementer for at gøre brug af begge. Det kræver typisk meget energi, hvilket er en betydelig barriere.
Ny forskning støttet af Det Europæiske Rumorganisation skitserer en metode til iltudvinding, der ikke kræver så meget energi.
”Dette ilt er en ekstremt værdifuld ressource, men det er kemisk bundet i materialet som oxider i form af mineraler eller glas, og er derfor ikke tilgængelig til øjeblikkelig brug,” forklarer forsker Beth Lomax ved University of Glasgow, hvis ph.d.-arbejde er støttes gennem ESAs Networking and Partnering Initiative, udnytter avanceret akademisk forskning til rumapplikationer.
"Denne undersøgelse giver et bevis på-koncept, som vi kan udvinde og udnytte al ilt fra månens regolit, hvilket efterlader et potentielt nyttigt metallisk biprodukt," sagde Lomax i en pressemeddelelse.
Ekstraktionsmetoden er afhængig af elektrolyse, noget de fleste af os lærer om i gymnasiet. Men denne metode bruger smeltet salt som en elektrolyt.
”Behandlingen blev udført ved hjælp af en metode kaldet smeltet saltelektrolyse,” sagde Lomax. ”Dette er det første eksempel på direkte pulver-til-pulver-forarbejdning af fast månens regolit-simulant, der kan udtrække stort set al ilt. Alternative metoder til ekstraktion af månens ilt opnår markant lavere udbytter eller kræver, at regolitten smeltes med ekstreme temperaturer på mere end 1600 ° C. ”
Denne metode bruger smeltet calciumchloridsalt som en elektrolyt. Den simulerede regolit placeres i en meshkurv og det hele opvarmes til 950 C (1740 F.) Ved den temperatur forbliver regolitten fast. Derefter påføres strøm, og iltet ekstraheres og opsamles ved en anode. Andre ekstraktionsmetoder kræver opvarmning af alt til 1600 C (2900 F), en massiv stigning i krævet energi.
Denne metode ekstraherede 96% af ilt på 50 timer. Men på kun 15 timer var det i stand til at udtrække 75%. Da ilt er så rigeligt i månens regolit, ser disse resultater lovende ud.
”Dette arbejde er baseret på FCC-processen - fra initialerne til sine Cambridge-baserede opfindere - som er blevet opskaleret af et britisk firma kaldet Metalysis til kommerciel metal- og legeringsproduktion,” sagde Lomax.
Metalyse udviklede den smeltede saltelektrolysemetode netop fordi den er mindre energikrævende. Det materiale, der skal adskilles, behøver ikke være flydende, så der kræves mindre energi. De hævder også, at deres system ikke producerer toksiske biprodukter.
”Vi arbejder med Metalysis og ESA for at oversætte denne industrielle proces til månens kontekst, og resultaterne hidtil er meget lovende,” bemærker Mark Symes, Beth's ph.d.-vejleder ved University of Glasgow.
Tilgængeligheden af forskellige mineraler ændres afhængigt af placeringen på Månen. Der er meget arbejde med at kortlægge og udforske Månens ressourcer.
James Carpenter, ESAs månestrategibetjent kommenterer: ”Denne proces ville give måneboliger adgang til ilt til brændstof og livsstøtte samt en bred vifte af metallegeringer til fremstilling på stedet - det nøjagtige råmateriale, der var tilgængeligt, afhænger af hvor på Månen lander de. ”
Med genanvendelige raketter, der er udviklet af virksomheder som SpaceX, er omkostningerne ved transport af materiale ud af jordens tyngdekraft faldet. Men det er stadig dyrt. Det kan koste titusinder af dollars at transportere et enkelt kilogram til månen. Den omkostning betyder, at enhver realistisk plan for en måneudpost eller koloni ville være et enormt dræne økonomisk.
Uden en måde at udtrække ressourcer til brændstof og konstruktion og uden en kilde til ilt på Månen, synes det usandsynligt, at mennesker kan etablere nogen form for tilstedeværelse der. Teknologiske fremskridt som dette vil spille en enorm rolle i fremtiden for rumforskning.
Mere:
- Pressemeddelelse: OXYGEN OG METAL FRA LUNAR REGOLITH
- Forskningsartikel: Bevis på levedygtigheden af en elektrokemisk proces til samtidig ekstraktion af ilt og produktion af metallegeringer fra månens regolit
- NASA: In situ ressourceudnyttelse
- Space Magazine: Høst af ressourcer fra solsystemet. I situ ressourceudnyttelse
