Kuul on rikkalikult hapnikku ja mineraale - asju, mis on hädavajalikud iga kosmoses liikuva tsivilisatsiooni jaoks. Probleem on selles, et nad on regoliti kokku lukustatud. Nende kahe eraldamine annab hulgaliselt kriitilisi ressursse, kuid nende eraldamine on keeruline probleem.
Kuu regoliit võib varieeruda 2 meetri (6,5 jalga) sügavuselt mägipiirkondades kuni 20 meetri (65 jala) sügavuseni mägismaades. Erinevalt Maast, kus pinda kujundavad ja ehitavad nii bioloogilised kui ka geoloogilised protsessid, koosneb Kuu regoliit peamiselt löökidest põhjustatud kooriku killustatud, lõhkatud fragmentidest. Hapnik ja mineraalid lukustuvad mineraaloksiididesse ja löögikuumast tekkivatesse klaasjatesse osakestesse.
Hapnik on Kuu regoliidi kõige rikkalikum element, moodustades massist 40–45% regoliitist. Teadlased on aastaid uurinud olukorda In situ Resource Utilization (ISRU), püüdes leida meetodit hapniku eraldamiseks teistest elementidest, et neid mõlemaid kasutada. Tavaliselt nõuab see palju energiat, mis on oluline takistus.
Euroopa Kosmoseagentuuri toetatud uus uurimistöö visandab hapniku ekstraheerimise meetodi, mis ei vaja nii palju energiat.
"See hapnik on äärmiselt väärtuslik ressurss, kuid on materjaliga keemiliselt seotud oksiididena mineraalide või klaasi kujul ega ole seetõttu koheseks kasutamiseks saadaval," selgitab Glasgow ülikooli teadur Beth Lomax, kelle doktoritöö on seda toetatakse ESA võrgustike loomise ja partnerlusalgatuse kaudu, rakendades täiustatud akadeemilisi teadusuuringuid kosmoserakenduste jaoks.
"See uurimistöö pakub kontseptsiooni tõestust, et saame kogu hapniku eraldada ja ära kasutada Kuu regoliidist, jättes potentsiaalselt kasuliku metallilise kõrvalsaaduse," ütles Lomax pressiteates.
Ekstraheerimismeetod põhineb elektrolüüsil, mille kohta õpib enamik meist keskkoolis. Kuid selle meetodi korral kasutatakse sula soola elektrolüüdina.
"Töötlemisel kasutati meetodit, mida nimetatakse sula soola elektrolüüsiks," ütles Lomax. „See on esimene näide tahke Kuu regoliidi mudelaine otsest pulbriliseks töötlemiseks, mis suudab ekstraheerida praktiliselt kogu hapniku. Kuu hapniku ekstraheerimise alternatiivsete meetoditega saavutatakse oluliselt madalam saagis või nõutakse regoliidi sulatamist äärmuslikel temperatuuridel üle 1600 ° C. ”
Selle meetodi korral kasutatakse elektrolüüdina sulatatud kaltsiumkloriidsoola. Simuleeritud regoliit asetatakse võrgukorvi ja seda kuumutatakse kõik temperatuurini 950 C (1740 F). Sel temperatuuril jääb regoliit püsivalt tahkeks. Seejärel rakendatakse voolu ning hapnik ekstraheeritakse ja kogutakse anoodil. Muud ekstraheerimismeetodid nõuavad kuumutamist kõik temperatuurini 1600 ° C (2900 F), mis nõuab vajamineva energia märkimisväärset suurenemist.
Selle meetodiga ekstraheeriti 50 tunni jooksul 96% hapnikust. Kuid vaid 15 tunniga suutis see 75% kaevandada. Kuna hapnikku on Kuu regoliitis nii palju, näevad need tulemused lootustandvad.
"See töö põhineb FCC protsessil - alates selle Cambridge'is asuvate leiutajate initsiaalidest -, mille on Ühendkuningriigi ettevõte nimetanud metalüüsiks kaubanduslike metalli- ja sulamitoodete tootmiseks," sõnas Lomax.
Metalüüs töötas välja sula soola elektrolüüsimeetodi just seetõttu, et see on vähem energiamahukas. Eraldatav materjal ei pea olema vedel, seega on vaja vähem energiat. Samuti väidavad nad, et nende süsteem ei tekita toksilisi kõrvalsaadusi.
„Teeme koostööd Metalysis ja ESA-ga, et tõlkida see tööstusprotsess kuu konteksti ning senised tulemused on väga paljulubavad,“ märgib Glasgowi ülikooli Bethi doktorikraadi juhendaja Mark Symes.
Erinevate mineraalide saadavus muutub sõltuvalt asukohast Kuul. Kuu ressursside kaardistamiseks ja uurimiseks on vaja teha palju tööd.
ESA kuustrateegia ametnik James Carpenter kommenteerib: „See protsess annaks kuukujulistele asukatele juurdepääsu hapnikule kütuse ja elu toetamiseks, samuti laiale hulgale metallisulamitele kohapealseks tootmiseks - täpne saadaolev lähteaine sõltub sellest, kus Kuule nad maanduvad. ”
Korduvkasutatavate rakettide abil, mille on välja töötanud sellised ettevõtted nagu SpaceX, on materjalide veo kulud Maa gravitatsioonikaevust välja langenud. Kuid see on ikka kallis. Ühe kilogrammi vedamine Kuule võib maksta kümneid tuhandeid dollareid. See hind tähendab, et kõik Kuu eelpostituse või koloonia realistlikud plaanid oleksid rahaliselt tohutu äravool.
Ilma viisita kütuse ja ehituseks vajalike ressursside ammutamiseks ning ilma Kuul puuduva hapnikuallikata tundub ebatõenäoline, et inimesed suudaksid seal mingisugust olemasolu tuvastada. Niisugusel tehnoloogia arengul on kosmoseuuringute tulevikus väga suur roll.
Veel:
- Pressiteade: HAPNIK JA METALL LUNAR REGOLIITIST
- Uurimistöö: elektrokeemilise protsessi elujõulisuse tõendamine hapniku samaaegseks ekstraheerimiseks ja metallisulamite tootmiseks Kuu regoliidist
- NASA: In situ ressursside kasutamine
- Ajakiri Kosmos: ressursside kogumine päikesesüsteemist. Olukorras ressursikasutus
