Naukowcom udało się uzyskać wodę i tlen z księżycowego regolitu. Użyli tylko światła słonecznego
Zespół naukowców z Chin odkrył metodę pozwalającą wydobyć z księżycowych skał i pyłu niezbędną do życia wodę oraz tlen. W dodatku pokazali, jak dokonać tego w tylko jednym kroku. Czy ta sama metoda zadziała poza laboratorium oraz czy będzie opłacalna dla przyszłych lunonautów?
Spis treści:
Możliwość szybkiego i taniego pozyskiwania wody oraz tlenu jest jedną z głównych zagwozdek programu Artemis. Ze względu na odległość od Ziemi oraz koszty wynoszenia ładunków, baza księżycowa musi być możliwie niezależna od dostaw z naszej planety. A najbardziej kluczowe są tlen oraz woda. Właśnie dlatego odkrycie chińskich badaczy może być absolutnie przełomowe dla obecności człowieka na Księżycu.
23 tys. dolarów za litr wody
– Największym zaskoczeniem dla nas był namacalny sukces tego zintegrowanego podejścia. Jednoetapowa integracja ekstrakcji wody księżycowej i fototermicznej katalizy dwutlenku węgla może zwiększyć efektywność wykorzystania energii oraz zmniejszyć koszty i złożoność rozwoju infrastruktury – napisał w oświadczeniu członek zespołu Lu Wang, chemik z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu.
Analizy wykazały, że transport jednego litra wody z Ziemi na Księżyc kosztowałby około 23 tys. dolarów, a każdy lunonauta potrzebowałby dziennie przynajmniej 4 litrów wody. Na całe szczęście zarówno badania prowadzone na powierzchni Księżyca, jak i te z orbity wykazały, że na Księżycu jest dużo wody, chociaż nie jest to od razu widoczne. Woda, która trafiła na Księżyc w wyniku uderzeń komet, planetoid i mikrometeorytów, a nawet wiatru słonecznego, kryje się w stale zacienionych kraterach na biegunach księżycowych, uwięziona w minerałach takich jak ilmenit.
Samo wydobycie wody pitnej jest stosunkowo łatwe i istnieje wiele technologii opisujących, jak można to zrobić. Jedną z opisywanych wcześniej metod jest również ogrzewanie księżycowego regolitu poprzez skupienie na nim promieni słonecznych. Jednak chiński zespół był w stanie pójść o krok dalej.
Jak zrobić księżycowy metan?
– Chińska metoda zakłada wykorzystanie gleby księżycowej jako katalizatora do rozkładu cząsteczek dwutlenku węgla i połączenia ich z wydobywaną wodą w celu wytworzenia metanu – powiedział Philip Metzger, fizyk planetarny z University of Central Florida, w rozmowie z serwisem Space.com. Metzger nie był zaangażowany w nowe badania, ale jest współzałożycielem „Swamp Works” w Centrum Kosmicznym im. Kennedy’ego NASA – laboratorium badawczego zajmującego się projektowaniem technologii do budowy, produkcji i wydobycia na powierzchniach skalistych ciał niebieskich.
Jest to o tyle istotna zmiana, że metan jest znacznie lepszym potencjalnym paliwem rakietowym niż ciekły wodór. Zdecydowanie łatwiej jest utrzymać jego stabilność, przez co nie wymaga wielu maszyn, a tym samym zmniejszają się koszty. Ciekły metan, po zmieszaniu z tlenem jako utleniaczem, jest wydajnym paliwem rakietowym. Wiele firm komercyjnych, takich jak chińska Landspace, już wystrzeliwuje rakiety napędzane metanem.
Próbki księżycowe pobrane przez Chang’e 5
Ilmenit zawierający wodę jest również użytecznym katalizatorem reakcji wody z dwutlenkiem węgla w celu wytworzenia tlenu i metanu. Zaproponowany przez chińskich badaczy jednoetapowy proces zakłada podgrzanie regolitu do temperatury 200 stopni Celsjusza poprzez skupieni na nim promieni słonecznych. To uwalania zawartą w nim wodę. Następnie do mieszaniny dodaje się dwutlenek węgla, taki jak ten, który może być wydychany przez astronautów, co powoduje, że ilmenit katalizuje reakcję między wydobywaną wodą a dwutlenkiem węgla.
Naukowcy przetestowali ten proces, znany jako kataliza fototermiczna, w laboratorium, używając symulanta opartego na próbkach regolitu księżycowego przywiezionych na Ziemię przez chińską misję Chang'e 5. Nie można było użyć samych próbek, gdyż są one zbyt cenne. Wyniki badań opublikowano 16 lipca w czasopiśmie „Joule”.
Chociaż poprzednie technologie również były w stanie to osiągnąć, wymagały one więcej etapów i więcej maszyn oraz wykorzystywały katalizator, który musiałby być transportowany z Ziemi. Zespół badawczy uważa, że dzięki temu ich proces jest bardziej wydajny i tańszy niż alternatywne rozwiązania.
Problemem jest jednak dwutlenek węgla. Nie ma pewności, czy lunonauci byliby w stanie wytworzyć wystarczającą ilość dwutlenku węgla poprzez normalny proces oddychania. Alternatywnie dwutlenek węgla mógłby być transportowany z Ziemi, ale to raczej podważa sens proponowanej techniki, której celem było opracowanie niedrogiego sposobu pozyskiwania wody, tlenu i metanu przy użyciu zasobów w dużej mierze już dostępnych na Księżycu.
Niezależnie od tego, zespół badawczy przekonująco wykazał, że wykorzystanie regolitu księżycowego jako katalizatora do produkcji paliwa i wody jest skuteczne. Kolejnym krokiem jest wykazanie, że technologia ta może zostać skalowana w celu bardziej efektywnego utrzymania bazy na Księżycu niż inne techniki. Oraz że może ona działać w warunkach księżycowych, gdzie grawitacja jest słabsza, temperatura ulega dużym wahaniom, a promieniowanie kosmiczne jest intensywne.
Źródło: Space.com
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.