Månen har rikligt med syre och mineraler, saker som är nödvändiga för någon rymdfarande civilisation. Problemet är att de är inlåsta i regoliten. Att separera de två kommer att ge en mängd kritiska resurser, men att separera dem är ett knutigt problem.
Månens regolit varierar från 2 meter djup i stoområden, till 20 meter djup i höglandsregioner. Till skillnad från Jorden, där ytan är formad och byggd av både biologiska och geologiska processer, består månens regolit till stor del av pulveriserade, sprängta fragment av jordskorpan orsakade av stötar. Syre och mineraler är inlåsta i mineraloxider och i glasartade partiklar som skapas genom stötarna.
Syre är det vanligaste elementet i Månens regolit och utgör mellan 40-45 viktprocent regolit. Forskare har studerat In situ Resource Utilization (ISRU) i flera år och försökt hitta en metod för att separera syret från de andra elementen för att använda båda. Vanligtvis kräver det mycket energi, vilket är en betydande barriär.
Ny forskning som stöds av Europeiska rymdorganisationen beskriver en metod för syrextraktion som inte kräver så mycket energi.
"Detta syre är en extremt värdefull resurs, men den är kemiskt bunden i materialet som oxider i form av mineraler eller glas, och är därför inte tillgänglig för omedelbar användning," förklarar forskare Beth Lomax vid University of Glasgow, vars doktorandarbete är stöds genom ESA: s Networking and Partnering Initiative, utnyttja avancerad akademisk forskning för rymdapplikationer.
"Denna forskning ger ett bevis för att vi kan utvinna och använda allt syre från månregolit, vilket lämnar en potentiellt användbar metallisk biprodukt," sade Lomax i ett pressmeddelande.
Extraktionsmetoden förlitar sig på elektrolys, något de flesta av oss lär oss om i gymnasiet. Men denna metod använder smält salt som en elektrolyt.
"Bearbetningen utfördes med en metod som kallas smält saltelektrolys," sade Lomax. ”Detta är det första exemplet på direkt pulver-till-pulverbehandling av fast lunarregolit-simuleringsmedel som kan utvinna praktiskt taget allt syre. Alternativa metoder för extraktion av månens syre uppnår betydligt lägre utbyten eller kräver att regolitten smälts med extrema temperaturer på mer än 1600 ° C. ”
Denna metod använder smält kalciumkloridsalt som en elektrolyt. Den simulerade regolitten placeras i en nätkorg och det hela upphettas till 950 ° C (1740 F.) Vid den temperaturen förblir regolitten fast. Sedan appliceras ström, och syret extraheras och uppsamlas vid en anod. Andra utvinningsmetoder kräver att allt värms upp till 1600 C (2900 F), en enorm ökning av energi som krävs.
Denna metod extraherade 96% av syret på 50 timmar. Men på bara 15 timmar kunde den utvinna 75%. Eftersom syre är så rikligt i månregolitten ser dessa resultat lovande ut.
"Detta arbete är baserat på FCC-processen - från initialerna från sina Cambridge-baserade uppfinnarna - som har uppskalats av ett brittiskt företag som heter Metalysis för kommersiell metall- och legeringsproduktion," sade Lomax.
Metalysis utvecklade den smälta saltelektrolysmetoden just för att den är mindre energikrävande. Materialet som ska separeras behöver inte vara flytande, så mindre energi krävs. De hävdar också att deras system inte producerar några giftiga biprodukter.
"Vi arbetar med Metalysis och ESA för att översätta denna industriella process till månens sammanhang, och resultaten hittills är mycket lovande," konstaterar Mark Symes, Beths doktorandledare vid University of Glasgow.
Tillgången på olika mineraler förändras beroende på plats på månen. Det finns mycket arbete med att kartlägga och utforska månens resurser.
James Carpenter, ESA: s månstrategibetjänare kommenterar: ”Denna process skulle ge månens nybyggare tillgång till syre för bränsle och livstöd, liksom ett brett utbud av metalllegeringar för tillverkning på plats - exakt det tillgängliga råmaterialet beror på var på Månen de landar. ”
Med återanvändbara raketer utvecklade av företag som SpaceX har kostnaden för att transportera material ur jordens tyngdkraftsbrunn sjunkit. Men det är fortfarande dyrt. Det kan kosta tiotusentals dollar att transportera ett enda kilogram till månen. Den kostnaden innebär att alla realistiska planer för en månpost eller koloni skulle vara en enorm dränering ekonomiskt.
Utan ett sätt att utvinna resurser för bränsle och konstruktion, och utan en syrekälla på månen, verkar det osannolikt att människor kan etablera någon form av närvaro där. Teknologiska framsteg som detta kommer att spela en enorm roll i framtiden för utforskning av rymden.
Mer:
- Pressmeddelande: OXYGEN OCH METALL FRÅN LUNAR REGOLITH
- Forskningsdokument: Bevisa livskraften hos en elektrokemisk process för samtidig extraktion av syre och produktion av metalllegeringar från månregolit
- NASA: In situ Resource Utilization
- Space Magazine: Skörda resurser från solsystemet. I Situ Resource Utilization
