Månen har rikelig oksygen og mineraler, ting som er uunnværlige for enhver romfartssivilisasjon. Problemet er at de er innelåst i regolitten. Å skille de to vil gi et hav av kritiske ressurser, men å skille dem er et knotete problem.
Månens regolit varierer fra 2 meter dypt i hoppeområder, til 20 meter dypt i høylandsregioner. I motsetning til Jorden, der overflaten er formet og bygd av både biologiske og geologiske prosesser, består Månens regolit i stor grad av pulveriserte, sprengte fragmenter av jordskorpen forårsaket av støt. Oksygen og mineraler er innelåst i mineraloksider, og i glassholdige partikler skapt gjennom støtvarmen.
Oksygen er det mest tallrike elementet i Månens regolit, og utgjør mellom 40-45 vekt% av regolitten. Forskere har studert In Situ Resource Utilization (ISRU) i årevis og prøvd å finne en metode for å skille oksygen fra de andre elementene, for å benytte seg av begge deler. Vanligvis krever det mye energi, som er en betydelig barriere.
Ny forskning støttet av European Space Agency skisserer en metode for oksygenutvinning som ikke krever så mye energi.
"Dette oksygenet er en ekstremt verdifull ressurs, men den er kjemisk bundet i materialet som oksider i form av mineraler eller glass, og er derfor utilgjengelig for øyeblikkelig bruk," forklarer forsker Beth Lomax ved University of Glasgow, hvis ph.d.-arbeid er støttes gjennom ESAs Networking and Partnering Initiative, utnytte avansert akademisk forskning for romapplikasjoner.
"Denne forskningen gir et bevis-på-konsept som vi kan utvinne og utnytte alt oksygen fra månens regolit, og etterlater et potensielt nyttig metallisk biprodukt," sa Lomax i en pressemelding.
Ekstraksjonsmetoden er avhengig av elektrolyse, noe de fleste av oss lærer om på videregående skole. Men denne metoden bruker smeltet salt som en elektrolytt.
"Behandlingen ble utført ved hjelp av en metode som ble kalt smeltet saltelektrolyse," sa Lomax. “Dette er det første eksempelet på direkte pulver-til-pulver-prosessering av fast månemasse-simulant som kan utvinne praktisk talt alt oksygen. Alternative metoder for månens oksygenekstraksjon oppnår betydelig lavere utbytte, eller krever at regolitten smeltes med ekstreme temperaturer på over 1600 ° C. ”
Denne metoden bruker smeltet kalsiumkloridsalt som en elektrolytt. Den simulerte regolitten blir plassert i en nettkurv og det hele oppvarmes til 950 C (1740 F.) Ved den temperaturen forblir regolitten solid. Deretter tilføres strøm, og oksygenet ekstraheres og samles opp ved en anode. Andre utvinningsmetoder krever oppvarming av alt til 1600 C (2900 F), en enorm økning i energi som kreves.
Denne metoden ekstraherte 96% av oksygenet på 50 timer. Men på bare 15 timer klarte det å trekke ut 75%. Siden oksygen er så rikelig i månens regolit, ser disse resultatene lovende ut.
"Dette arbeidet er basert på FCC-prosessen - fra initialene til sine Cambridge-baserte oppfinnere - som er blitt oppskalert av et britisk selskap som heter Metalysis for kommersiell metall- og legeringsproduksjon," sa Lomax.
Metalyse utviklet den smeltede saltelektrolysemetoden nettopp fordi den er mindre energikrevende. Materialet som skal skilles, trenger ikke være flytende, så det kreves mindre energi. De hevder også at systemet deres ikke produserer giftige biprodukter.
"Vi jobber med Metalysis og ESA for å oversette denne industrielle prosessen til månekonteksten, og resultatene så langt er veldig lovende," bemerker Mark Symes, Beth's PhD-veileder ved University of Glasgow.
Tilgjengeligheten av forskjellige mineraler endres avhengig av beliggenhet på månen. Det er mye arbeid som går ut på å kartlegge og utforske Månens ressurser.
James Carpenter, ESAs månestrategibetjent kommenterer: "Denne prosessen ville gi månefesterne tilgang til oksygen for drivstoff og livstøtte, samt et bredt spekter av metalllegeringer for fremstilling på stedet - det nøyaktige råstoffet som er tilgjengelig vil avhenge av hvor av Månen de lander. ”
Med gjenbrukbare raketter utviklet av selskaper som SpaceX, har kostnadene for å transportere materiale ut av jordens tyngdekraftsbrønn falt. Men det er fortsatt dyrt. Det kan koste titusenvis av dollar å frakte en kilo til månen. Den kostnaden betyr at realistiske planer for en måneutpost eller en koloni ville være et stort økonomisk avløp.
Uten en måte å hente ut ressurser til drivstoff og konstruksjon, og uten oksygenkilde på Månen, virker det lite sannsynlig at mennesker kan etablere noen form for tilstedeværelse der. Teknologiske fremskritt som dette vil spille en enorm rolle i fremtiden for romutforskning.
Mer:
- Pressemelding: Oksygen og metall fra LUNAR REGOLITH
- Forskningsoppgave: Bevise levedyktigheten til en elektrokjemisk prosess for samtidig ekstraksjon av oksygen og produksjon av metalllegeringer fra månens regolit
- NASA: In situ ressursutnyttelse
- Space Magazine: Innhøsting av ressurser fra solsystemet. I situ ressursutnyttelse
