לירח יש חמצן ושפע מינרלים בשפע, דברים הכרחיים לכל תרבות החולקת. הבעיה היא שהם כלואים יחד ברגולית. הפרדת השניים תספק שפע של משאבים קריטיים, אך הפרדתם היא בעיה סתמית.
הרגולית של הירח משתנה בין 2 מטר לעומק באזורי סוסה, עד 20 מטר (65 רגל) בעומק אזורי הרמה. בשונה מכדור הארץ, שם המשטח מעוצב ונבנה על ידי תהליכים ביולוגיים וגאולוגיים כאחד, הריגולית של הירח מורכבת ברובה משברים מפוצצים ומפוצצים של הקרום הנגרמת כתוצאה מפגיעות. החמצן והמינרלים נכלאים בתחמוצות מינרליות, ובחלקיקים מזוגגים הנוצרים מחום הפגיעות.
חמצן הוא היסוד השופע ביותר בריגולית הירח, ומהווה בין 40-45% מהרגוליט לפי משקל. מדענים חוקרים את השימוש במצבים של משאבים (ISRU) במשך שנים, מנסים למצוא שיטה להפרדת החמצן מהיסודות האחרים, כדי להשתמש בשניהם. בדרך כלל זה דורש אנרגיה רבה, המהווה חסם משמעותי.
מחקר חדש שנתמך על ידי סוכנות החלל האירופית מפרט שיטה למיצוי חמצן שאינה דורשת כל כך הרבה אנרגיה.
"חמצן זה הוא משאב בעל ערך רב, אך הוא מחובר כימית בחומר כתחמוצות בצורת מינרלים או זכוכית, ולכן אינו זמין לשימוש מיידי", מסביר החוקרת בת לומקס מאוניברסיטת גלזגו, שעבודת הדוקטורט שלה היא נתמך באמצעות יוזמת הרשת והשיתוף של ESA, רתימת מחקר אקדמי מתקדם ליישומי חלל.
"מחקר זה מספק הוכחת מושג שנוכל לחלץ ולנצל את כל החמצן מ regolith הירחי, ולהשאיר מוצר לוואי מתכתי עשוי להיות מועיל," אמר לומקס בהודעה לעיתונות.
שיטת ההפקה נשענת על אלקטרוליזה, דבר שרובנו לומדים עליו בתיכון. אבל בשיטה זו משתמשים במלח מותך כאלקטרוליט.
"העיבוד בוצע בשיטה שנקראה אלקטרוליזה של מלח מותך," אמר לומקס. "זו הדוגמה הראשונה לעיבוד ישיר בין אבקה לאבקה של סימולציה רגולית ירח מוצק שיכולה לחלץ כמעט את כל החמצן. שיטות אלטרנטיביות למיצוי חמצן ירחי משיגות תשואות נמוכות משמעותית, או דורשות להמיס את הרגוליט בטמפרטורות קיצוניות של יותר מ -1600 מעלות צלזיוס. "
בשיטה זו משתמשים במלח סידן כלוריד מותך כאלקטרוליט. הרגוליט המדומה ממוקם בסל רשת והכול מחומם ל 950 צלזיוס (1740 F.) בטמפרטורה זו הרגוליט נשאר יציב. ואז מוחל זרם, והחמצן מופק ונאסף באנודה. שיטות מיצוי אחרות דורשות חימום של הכל ל 1600 C (2900 F), עלייה מסיבית באנרגיה הנדרשת.
שיטה זו חילקה 96% מהחמצן תוך 50 שעות. אבל תוך 15 שעות בלבד הוא הצליח לחלץ 75%. מכיוון שחמצן כל כך נפוץ בריגולית הירח, תוצאות אלה נראות מבטיחות.
לומקס הודיעה כי "עבודה זו מבוססת על תהליך ה- FCC - החל מראשי התיבות של הממציאים מבוססי קיימברידג 'שלה. החברה הבריטית נקראה Metalysis לייצור מתכת ומסגסוגת מסחרית.
מטאליזה פיתחה את שיטת האלקטרוליזה של המלח המותך בדיוק מכיוון שהיא פחות אנרגטית. החומר שיש להפריד אינו צריך להיות נוזלי, לכן פחות אנרגיה נדרשת. הם גם טוענים שהמערכת שלהם אינה מייצרת תוצרי לוואי רעילים.
"אנו עובדים עם מטאליסיס ו- ESA כדי לתרגם את התהליך התעשייתי הזה להקשר הירחי, והתוצאות עד כה מבטיחות מאוד", מציין מארק סימס, המנחה לתואר שלישי בת 'באוניברסיטת גלזגו.
הזמינות של מינרלים שונים משתנה בהתאם למיקום בירח. יש עבודה רבה במיפוי ובחקירת משאבי הירח.
ג'יימס קרפנטר, קצין אסטרטגיית הירח של ESA מעיר: "תהליך זה ייתן למתיישבי הירח גישה לחמצן לתמיכה בדלק וחיים, כמו גם מגוון רחב של סגסוגות מתכת לייצור במקום - המזון המדויק הקיים יהיה תלוי במקום היכן ירח הם נוחתים. "
עם טילים לשימוש חוזר שפותחו על ידי חברות כמו SpaceX, עלות הובלת החומר מתוך באר כוח הכובד של כדור הארץ צנחה. אבל זה עדיין יקר. זה יכול לעלות עשרות אלפי דולרים להובלת קילוגרם בודד לירח. משמעותה של עלות זו היא שתוכניות ריאליסטיות למאחז או מושבה של ירח יהוו ניקוז עצום כלכלית.
בלי דרך להפיק משאבים לדלק ולבנייה, וללא מקור חמצן על הירח, נראה שלא סביר שבני האדם יכולים לבסס שם נוכחות כלשהי. התקדמות טכנולוגית כזו תמלא תפקיד עצום בעתיד חקר החלל.
יותר:
- הודעה לעיתונות: חמצן ומתכת מ LUNAR REGOLITH
- עבודת מחקר: הוכחת הכדאיות של תהליך אלקטרו-כימי למיצוי סימולטני של חמצן וייצור של סגסוגות מתכת מרגולית ירח
- נאס"א: שימוש במשאבים במצב
- מגזין החלל: קציר משאבים ממערכת השמש. ניצול משאבים במצב
