Der Mond hat reichlich Sauerstoff und Mineralien, Dinge, die für jede weltraumtaugliche Zivilisation unverzichtbar sind. Das Problem ist, dass sie im Regolithen zusammen eingesperrt sind. Die Trennung der beiden wird eine Fülle kritischer Ressourcen bereitstellen, aber die Trennung ist ein knorriges Problem.
Der Regolith des Mondes variiert zwischen 2 m Tiefe in Stutenregionen und 20 m Tiefe in Hochlandregionen. Im Gegensatz zur Erde, wo die Oberfläche sowohl durch biologische als auch durch geologische Prozesse geformt und gebaut wird, besteht der Regolith des Mondes größtenteils aus pulverisierten, gesprengten Fragmenten der Kruste, die durch Stöße verursacht werden. Der Sauerstoff und die Mineralien sind in Mineraloxiden und in glasartigen Partikeln eingeschlossen, die durch die Hitze des Aufpralls entstehen.
Sauerstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Regolith des Mondes und macht zwischen 40 und 45 Gew .-% des Regolithen aus. Wissenschaftler untersuchen seit Jahren die In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU) und versuchen, eine Methode zu finden, um den Sauerstoff von den anderen Elementen zu trennen und beide zu nutzen. In der Regel erfordert dies viel Energie, was eine erhebliche Barriere darstellt.
Neue Forschungsergebnisse, die von der Europäischen Weltraumorganisation unterstützt werden, beschreiben eine Methode zur Sauerstoffextraktion, die nicht so viel Energie benötigt.
„Dieser Sauerstoff ist eine äußerst wertvolle Ressource, aber er ist als Oxide in Form von Mineralien oder Glas chemisch im Material gebunden und steht daher nicht zur sofortigen Verwendung zur Verfügung“, erklärt die Forscherin Beth Lomax von der Universität Glasgow, deren Doktorarbeit darin besteht Unterstützung durch die Networking and Partnering Initiative der ESA, die fortschrittliche akademische Forschung für Weltraumanwendungen nutzt.
"Diese Forschung liefert einen Proof-of-Concept, mit dem wir den gesamten Sauerstoff aus dem Mondregolith extrahieren und nutzen können, wodurch ein potenziell nützliches metallisches Nebenprodukt zurückbleibt", sagte Lomax in einer Pressemitteilung.
Die Extraktionsmethode basiert auf Elektrolyse, was die meisten von uns in der High School lernen. Bei dieser Methode wird jedoch geschmolzenes Salz als Elektrolyt verwendet.
"Die Verarbeitung wurde unter Verwendung einer Methode durchgeführt, die als geschmolzene Salzelektrolyse bezeichnet wird", sagte Lomax. „Dies ist das erste Beispiel für die direkte Pulver-zu-Pulver-Verarbeitung von festem Mondregolith-Simulans, das praktisch den gesamten Sauerstoff extrahieren kann. Alternative Methoden zur Extraktion von Mond-Sauerstoff erzielen deutlich geringere Ausbeuten oder erfordern, dass der Regolith bei extremen Temperaturen von mehr als 1600 ° C geschmolzen wird. “
Dieses Verfahren verwendet geschmolzenes Calciumchloridsalz als Elektrolyt. Der simulierte Regolith wird in einen Netzkorb gelegt und alles auf 950 ° C erhitzt. Bei dieser Temperatur bleibt der Regolith fest. Dann wird Strom angelegt und der Sauerstoff wird extrahiert und an einer Anode gesammelt. Bei anderen Extraktionsmethoden muss alles auf 1600 ° C erhitzt werden, was einen massiven Anstieg des Energiebedarfs bedeutet.
Diese Methode extrahierte 96% des Sauerstoffs in 50 Stunden. In nur 15 Stunden konnten 75% extrahiert werden. Da Sauerstoff im Regolith des Mondes so reichlich vorhanden ist, sehen diese Ergebnisse vielversprechend aus.
"Diese Arbeit basiert auf dem FCC-Prozess - von den Initialen seiner in Cambridge ansässigen Erfinder -, der von einem britischen Unternehmen namens Metalysis für die kommerzielle Metall- und Legierungsproduktion erweitert wurde", sagte Lomax.
Metalysis hat die Elektrolysemethode für geschmolzenes Salz genau deshalb entwickelt, weil sie weniger energieintensiv ist. Das zu trennende Material muss nicht flüssig sein, daher wird weniger Energie benötigt. Sie behaupten auch, dass ihr System keine giftigen Nebenprodukte produziert.
"Wir arbeiten mit Metalysis und ESA zusammen, um diesen industriellen Prozess auf den Mondkontext zu übertragen, und die bisherigen Ergebnisse sind sehr vielversprechend", bemerkt Mark Symes, Beths Doktorvater an der Universität von Glasgow.
Die Verfügbarkeit verschiedener Mineralien ändert sich je nach Standort auf dem Mond. Es wird viel Arbeit investiert, um die Ressourcen des Mondes zu kartieren und zu erkunden.
James Carpenter, Mondstrategie-Beauftragter der ESA, kommentiert: „Dieser Prozess würde Mond-Siedlern Zugang zu Sauerstoff für Kraftstoff und lebenserhaltende Maßnahmen sowie zu einer breiten Palette von Metalllegierungen für die In-situ-Herstellung verschaffen. Das genaue verfügbare Ausgangsmaterial hängt davon ab, wo Mond landen sie. "
Mit wiederverwendbaren Raketen, die von Unternehmen wie SpaceX entwickelt wurden, sind die Kosten für den Transport von Material aus der Schwerkraftquelle der Erde gesunken. Aber es ist immer noch teuer. Der Transport eines Kilogramms zum Mond kann Zehntausende von Dollar kosten. Diese Kosten bedeuten, dass realistische Pläne für einen Außenposten oder eine Kolonie des Mondes eine enorme finanzielle Belastung darstellen würden.
Ohne eine Möglichkeit, Ressourcen für Treibstoff und Bau zu gewinnen, und ohne eine Sauerstoffquelle auf dem Mond, ist es unwahrscheinlich, dass Menschen dort irgendeine Art von Präsenz aufbauen können. Solche technologischen Fortschritte werden in der Zukunft der Weltraumforschung eine große Rolle spielen.
Mehr:
- Pressemitteilung: SAUERSTOFF UND METALL AUS LUNAR REGOLITH
- Forschungsarbeit: Nachweis der Realisierbarkeit eines elektrochemischen Prozesses zur gleichzeitigen Extraktion von Sauerstoff und Herstellung von Metalllegierungen aus Mondregolithen
- NASA: In-Situ-Ressourcennutzung
- Space Magazine: Ressourcen aus dem Sonnensystem ernten. In-Situ-Ressourcennutzung
