Der Mond hat reichlich Sauerstoff und Mineralien, Dinge, die für jede Weltraum-Zivilisation unentbehrlich sind. Das Problem ist, dass sie zusammen im Regolith eingesperrt sind. Die Trennung der beiden wird eine Fülle von kritischen Ressourcen zur Verfügung stellen, aber sie zu trennen ist ein schwieriges Problem.
Der Regolith des Mondes variiert von 2 Metern (6,5 Fuß) tief in Mare-Regionen bis zu 20 Metern (65 Fuß) tief in Hochlandregionen. Im Gegensatz zur Erde, wo die Oberfläche sowohl durch biologische als auch geologische Prozesse geformt und aufgebaut wird, besteht der Regolith des Mondes größtenteils aus pulverisierten, gesprengten Krustenfragmenten, die durch Einschläge verursacht wurden. Der Sauerstoff und die Mineralien sind in Mineraloxiden und in glasigen Partikeln eingeschlossen, die durch die Hitze des Aufpralls entstehen.
Sauerstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Regolith des Mondes und macht zwischen 40-45 Gewichtsprozent des Regolithen aus. Wissenschaftler untersuchen seit Jahren die In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU) und versuchen, eine Methode zur Trennung des Sauerstoffs von den anderen Elementen zu finden, um beides zu nutzen. Dies erfordert in der Regel viel Energie, was eine erhebliche Barriere darstellt.
Der Regolith des Mondes (kein Boden) enthält riesige Mengen an Sauerstoff, eine kritische Ressource für eine Weltraum-Zivilisation. Bildnachweis: Von Hateras – Eigene Arbeit, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25552813
Neue Forschung unterstützt von der European Space Agency skizziert eine Methode zur Sauerstoffextraktion, die nicht so viel Energie benötigt.
„Dieser Sauerstoff ist eine äußerst wertvolle Ressource, aber er ist im Material als Oxide in Form von Mineralien oder Glas chemisch gebunden und steht daher nicht für den unmittelbaren Gebrauch zur Verfügung“, erklärt die promovierte Forscherin Beth Lomax von der University of Glasgow wird durch die ESA unterstützt Netzwerk- und Partnerinitiative , die fortschrittliche akademische Forschung für Weltraumanwendungen nutzt.
„Diese Forschung liefert einen Proof-of-Concept, dass wir den gesamten Sauerstoff aus Mondregolith extrahieren und nutzen können und ein potenziell nützliches metallisches Nebenprodukt hinterlassen“, sagte Lomax in a Pressemitteilung .
Elementkonzentrationen auf der Erde, dem Mondtiefland und dem Mondhochland. Von Roger Wilco – Eigenes Werk, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10838075
Die Extraktionsmethode basiert auf Elektrolyse, etwas, was die meisten von uns in der High School lernen. Aber diese Methode verwendet geschmolzenes Salz als Elektrolyt.
„Die Verarbeitung erfolgte mit einer Methode namens Schmelzsalzelektrolyse“, 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 der Mondsauerstoffgewinnung erzielen deutlich geringere Ausbeuten oder erfordern das Schmelzen des Regoliths bei extremen Temperaturen von über 1600°C.“
Diese Methode verwendet geschmolzenes Calciumchloridsalz als Elektrolyt . Der simulierte Regolith wird in einen Gitterkorb gelegt und alles auf 950 °C (1740 °F) erhitzt. Bei dieser Temperatur bleibt der Regolith fest. Dann wird Strom angelegt, und der Sauerstoff wird extrahiert und an einem . gesammelt Anode . Andere Extraktionsmethoden erfordern das Erhitzen auf 1600 °C (2900 °F), was einen massiven Anstieg des Energiebedarfs bedeutet.
Dieses Verfahren extrahierte 96 % des Sauerstoffs in 50 Stunden. Aber in nur 15 Stunden war es in der Lage, 75% zu extrahieren. Da Sauerstoff im Mondregolith so reichlich vorhanden ist, sehen diese Ergebnisse vielversprechend aus.
Eine Grafik, die das Verfahren der Salzschmelzeelektrolyse zusammenfasst. Bildquelle: Lomax et. al. 2019.
„Diese Arbeit basiert auf dem FCC-Prozess – von den Initialen seiner in Cambridge ansässigen Erfinder –, der von einem britischen Unternehmen namens . skaliert wurde Metalyse für die kommerzielle Metall- und Legierungsproduktion“, sagte Lomax.
Metalysis hat das Schmelzsalzelektrolyseverfahren gerade deshalb entwickelt, weil es 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 der 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 University of Glasgow.
Die Verfügbarkeit verschiedener Mineralien ändert sich je nach Standort auf dem Mond. Es steckt viel Arbeit in der Kartierung und Erforschung der Ressourcen des Mondes.
Die Konzentration der verschiedenen Mineralien variiert von Ort zu Ort. Diese Tabelle zeigt Mineralkonzentrationen, die an verschiedenen Orten von verschiedenen Apollo-Missionen entdeckt wurden. Insgesamt machen die aufgeführten Mineralien etwa 98% der Mineralien in der Kruste aus. Bildquelle: J. Plescia/J. Hopkins u.
James Carpenter, Lunar Strategy Officer der ESA, kommentiert: „Dieser Prozess würde den Mondsiedlern Zugang zu Sauerstoff als Treibstoff und Lebenserhaltung sowie zu einer breiten Palette von Metalllegierungen für die In-situ-Herstellung verschaffen – der genaue verfügbare Rohstoff würde davon abhängen, wo Mond sie landen.“
Mit wiederverwendbaren Raketen, die von Unternehmen wie SpaceX entwickelt wurden, sind die Kosten für den Transport von Material aus dem Schwerkraftbrunnen der Erde gesunken. Aber es ist immer noch teuer. Es kann Zehntausende Dollar kosten, ein einziges Kilogramm zum Mond zu transportieren. Diese Kosten bedeuten, dass alle realistischen Pläne für einen Außenposten oder eine Kolonie auf dem Mond eine große finanzielle Belastung darstellen würden.
Ohne eine Möglichkeit, Ressourcen für Brennstoffe und Bauzwecke zu gewinnen, und ohne eine Sauerstoffquelle auf dem Mond scheint es unwahrscheinlich, dass Menschen dort irgendeine Art von Präsenz aufbauen können. Technologische Fortschritte wie dieser werden in der Zukunft der Weltraumforschung eine große Rolle spielen.
Mehr:
- Pressemitteilung: SAUERSTOFF UND METALL VON LUNAR REGOLITH
- Forschungsbericht: Nachweis der Machbarkeit eines elektrochemischen Verfahrens zur gleichzeitigen Sauerstoffgewinnung und Herstellung von Metalllegierungen aus Mondregolith
- NASA: In-situ-Ressourcennutzung
- Universum heute: Ressourcen aus dem Sonnensystem ernten. In-situ-Ressourcennutzung
