Získávání zdrojů přímo na Měsíci

Úspěch budoucích misí na Měsíci bude závislý také na tom, jestli se lidstvu podaří přímo na Měsíci získávat nutné suroviny pro chod svých kolonií. Jejich dovoz ze Země by byl totiž příliš složitý a drahý.

Co vlastně Měsíc nabízí a jak tyto suroviny zpracovávat?

^{Ilustrace: Těžba kyslíku na Měsíci. Zdroj: D. Tenzler}

Lidstvu se dříve nebo později povede další přistání na Měsíci. U krátké návštěvy ale nezůstane. Tentokrát tu chtějí lidé zůstat natrvalo, a proto bude potřeba využívat zdroje, které najdeme přímo na Měsíci. Jednou z užitečných technologií, které nám mohou pomoci, je proces Fray-Farthing-Chen (FFC). Tento proces umožňuje získávat kyslík a kovy z lunárního regolitu, což je materiál, který pokrývá povrch Měsíce.

Co je regolit?

Lunární regolit je jemnozrnný materiál, který se skládá z prachu, malých kamenů a fragmentů minerálů. Vzniká dlouhodobým rozrušováním hornin na povrchu Měsíce vlivem mikrometeoritů a slunečního záření. Jeho složení se liší podle toho, kde se přesně nachází: regolit z oblastí moří obsahuje bazaltové horniny a minerály, jako jsou olivíny a pyroxeny, zatímco regolit z vysočin je bohatý na anorthozitové horniny a plagioklasové minerály. Chemicky je regolit směsí oxidů křemíku, hliníku, vápníku, železa, hořčíku, titanu a dalších stopových kovů v různých koncentracích. Dobrou zprávou je, že obsahuje kolem 40–45 % kyslíku - a to z něj dělá výborný zdroj pro získávání kyslíku a kovů, které jsou nezbytné pro budoucí výzkum a osídlení Měsíce.

Proces FFC

Původní patent procesu Fray-Farthing-Chen (FFC) Cambridge byl zveřejněn v roce 1999, zatímco se během posledních dvou desetiletí neustále zdokonaloval.

Proces FFC využívá elektrolýzu v roztavených solích a umožňuje extrakci kyslíku a kovů z takových materiálů, jako je například měsíční regolit. Proces probíhá následovně: Nejdřív se regolit musí spéct do pórovité pelety. Tato peleta je poté ponořena do lázně roztavených solí, obvykle směsi CaCl₂ a CaO.

Od pelety (která funguje jako katoda) je veden k anodě elektrický proud. Ten uvolňuje kyslík z regolitu ve formě iontů O²⁻. Tyto ionty jsou transportovány k anodě, kde jsou uvolňovány jako plynný kyslík (O₂) nebo oxidy uhlíku (CO, CO₂), pokud je anoda uhlíková.

Po odstranění kyslíku zůstávají v peletě kovové látky. Tyto kovové produkty jsou převážně ve formě slitin, jako jsou Al-Si-Ca, Al₂Si₂Ca a Al-Si-Fe.

Proces FFC byl úspěšně otestován na vzorcích podobných regolitu z moří při relativně mírných teplotách (950 °C) s vysokou výtěžností kyslíku (až 96 %). Dá se ale ještě vylepšit. Při použití směsí s nižší teplotou tání, jako je směs CaCl₂-LiCl, proces probíhá při teplotách už kolem 650 °C. To samozřejmě snižuje energetickou náročnost.

Nedávná studie, kterou provedli Timon Schild a další vědci, se dokonce zaměřila na analýzu kovových produktů získaných ze vzorků podobných regolitu z oblastí vysočin a pohoří - mimo jiné také z oblasti jižního pólu Měsíce.

Výsledky ukazují, že proces FFC funguje lépe s regolitem z vysočin než s regolitem z moří. Bylo dosaženo komplexnější redukce s lepší proudovou účinností, a to i v kratším čase.

Získané kovové produkty obsahují směs různých slitin, jako jsou Al-Si-Ca, Al₂Si₂Ca a Al-Si-Fe. Tyto slitiny jsou vhodné pro další zpracování a využití v různých aplikacích.

Studie také ukázala, že složení vstupního regolitu má vliv na efektivitu procesu. Například izolovaný anortozit (hlavní složka regolitu z vysočin) vedl k vyšší účinnosti.

Analýza pomocí SEM-EDX (skenovací elektronová mikroskopie s energeticky disperzní rentgenovou spektroskopií) ukázala, že hlavní prvky v produktech jsou Al, Si, Ca a Fe. Byla zjištěna přítomnost exogenních prvků jako Cr, Mn, Ni a Mo, které pocházejí z konstrukce katody.

Budoucnost výzkumu

Zdá se tedy, že už dnes existují metody, jak přímo na místě získat důležité suroviny - a to poměrně jednoduše z materiálu, který pokrývá povrch Měsíce.

Metoda ale samozřejmě potřebuje další vylepšení. Musí se například optimalizovat složení materiálu reaktoru, aby nekontaminoval získávané kovy svým vlastním chemickým složením.

Možná se dá také určit, který typ materiálu (regolitu) je pro těžbu nejlepší, protože dovoluje získávat slitiny s optimálními vlastnostmi.

Můžeme se tedy těšit na další objevy. Přistání na Měsíci bude jen prvním krokem v celém řetězci výzev, které na nás čekají při dobývání vesmíru.

Zdroj: Odkaz