Życiodajny tlen z pyłu księżycowego

Grunt księżycowy, zwany też regolitem, wyglądem przypomina sproszkowany bazalt lub grafit. Jest przy tym bardzo drobny - większość ziaren skalnych (ok. 90% wagowych) ma średnicę poniżej 10 mikronów. Regolit charakteryzuje się bardzo wysoką zawartością metali (głównie żelaza i tytanu) oraz - co ciekawe - tlenu. Jak wykazały analizy próbek pobranych w trakcie misji Apollo, tlen stanowi nawet do 45% wagowych gruntu księżycowego. Występuje on w skałach pod postacią tlenków metali lub niemetali, przez co jego wydobycie jest dosyć utrudnione.

1. Mikrografia SEM pyłu księżycowego (szerokość kadru ok. 0,5 mm). Widać obecność fragmentów skalnych o zróżnicowanym rozmiarze.

Tlen potrzebny jest nie tylko do podtrzymywania życia astronautów, lecz także do produkcji paliwa rakietowego. Dążąc do stałej obecności człowieka na Srebrnym Globie konieczne jest zatem stworzenie wydajnej metody pozyskiwania tego pierwiastka na miejscu.

Opracowany przez ESA proces ekstrakcji tlenu z pyłu księżycowego bazuje na metodzie elektrolizy stopionych soli. Jest to proces elektrochemiczny, w którym pod wpływem przepływu prądu elektrycznego na elektrodach dochodzi do chemicznej przemiany stopionego elektrolitu. Metoda ta jest powszechnie stosowana w przemyśle do oczyszczania (tzw. rafinacji) wybranych metali. W ten sposób otrzymuje się np. wysokiej czystości miedź elektrolityczną.

Holenderska instalacja eksperymentalna wykorzystuje jako surowiec imitację gruntu księżycowego. Miesza się go razem ze stopionym chlorkiem wapnia w temperaturze 950 stopni Celsjusza. Po przyłożeniu ładunku elektrycznego tlen zostaje wyekstrahowany z regolitu i migruje w kierunku anody, gdzie jest odbierany. Wydajność procesu dochodzi do 96% po ok. 50 godzinach. Pozostały po procesie odpad zawiera duży udział rud metali (zwłaszcza żelaza i tytanu) i może być z powodzeniem przetwarzany dalej.

2. Po lewej imitacja gruntu księżycowego przed procesem ekstrakcji, po prawej pozostałość po procesie, bogata w rudy metali.

Nowo opracowany proces charakteryzuje się znacznie wyższą wydajnością od dotychczas rozważanych alternatyw. Wymaga również niższych temperatur, jest zatem dużo bardziej energooszczędny.

Demonstracja pilotażowej instalacji, która mogłaby zostać umieszczona na powierzchni Księżyca, planowana jest w połowie 2020 roku.

Źródła: astronomy.com; www.esa.int
Zdjęcia:
1. commons.wikimedia.org
2. Norman, Marc. (2009). Lunar Anorthosites as Targets for Exploration. LPI Contributions (www.researchgate.net)
3. www.esa.int