Σε ένα σημαντικό βήμα προς τη ζωή και την εργασία στη Σελήνη, μια ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε μια μέθοδο για την εξαγωγή νερού από το σεληνιακό έδαφος και τη χρήση του για την παραγωγή αναπνεύσιμου οξυγόνου και συστατικών καυσίμων πυραύλων, όλα χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως.
Η ανάγκη για νερό στο διάστημα
Η τεχνολογία, που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Κινεζικό Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ, στη Σεντζέν, θα μπορούσε μια μέρα να επιτρέψει στους αστροναύτες να επιβιώσουν και να ταξιδέψουν μακρύτερα στο διάστημα χωρίς να εξαρτώνται αποκλειστικά από τις προμήθειες από τη Γη. Αυτό σημαίνει ελαφρύτερες, φθηνότερες αποστολές και πιθανώς μια μόνιμη σεληνιακή βάση.
Το νερό είναι μια σανίδα σωτηρίας στο διάστημα. Οι αστροναύτες το χρειάζονται για να παραμένουν ενυδατωμένοι, αλλά μπορεί επίσης να χωριστεί σε υδρογόνο και οξυγόνο, δύο βασικά δομικά στοιχεία για καύσιμα και αναπνεύσιμο αέρα.
Αλλά είναι βαρύ. Σύμφωνα με τη μελέτη, η αποστολή μόνο ενός γαλονιού νερού στο διάστημα κοστίζει περίπου 83.000 δολάρια. Αυτό συσσωρεύεται γρήγορα όταν κάθε αστροναύτης πίνει περίπου τέσσερα γαλόνια την ημέρα. Για μακροπρόθεσμες σεληνιακές αποστολές ή για τη χρήση της Σελήνης ως εξέδρα εκτόξευσης για αποστολές στον Άρη ή πέρα από αυτήν, η μεταφορά κάθε σταγόνας από τη Γη απλά δεν είναι πρακτική.
Έτσι, οι επιστήμονες αναζητούν έναν τρόπο να αξιοποιήσουν τους ίδιους πόρους της Σελήνης. Και αποδεικνύεται ότι υπάρχουν περισσότεροι διαθέσιμοι εκεί πάνω από ό,τι πιστεύαμε κάποτε.
Τι υπάρχει στη σεληνιακή σκόνη;
Το σεληνιακό έδαφος δεν είναι απλώς ξηρή, γκρίζα σκόνη. Χάρη σε δεδομένα από την αποστολή Chang'E-5 της Κίνας, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι περιέχει μικρές ποσότητες νερού, πιθανώς παγιδευμένες σε ορυκτά και γυαλιά που σχηματίζονται από συγκρούσεις ή ηλιακό άνεμο. Ένα από αυτά τα ορυκτά, που ονομάζεται ιλμενίτης - μια σκοτεινή, βαριά ένωση φτιαγμένη από σίδηρο, τιτάνιο και οξυγόνο - είναι ιδιαίτερα χρήσιμο. Δεν αποθηκεύει μόνο χημικές ουσίες που σχετίζονται με το νερό, αλλά βοηθά επίσης στην ενεργοποίηση χρήσιμων αντιδράσεων όταν θερμαίνεται.
Οι προηγούμενες μέθοδοι για την εξαγωγή αυτού του νερού ήταν περίπλοκες και απαιτούσαν πολλή ενέργεια. Η νέα τεχνική απλοποιεί τη διαδικασία και προσθέτει ένα σημαντικό πλεονέκτημα: Ο ήλιος κάνει τη δύσκολη δουλειά.
Το κλειδί για αυτήν την ανακάλυψη είναι ένα φαινόμενο γνωστό ως φωτοθερμική κατάλυση. Με απλά λόγια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το ηλιακό φως για να θερμάνουν το σεληνιακό έδαφος, απελευθερώνοντας νερό με τη μορφή ατμών. Στη συνέχεια, στο ίδιο σύστημα, ανακάτεψαν τον ατμό με διοξείδιο του άνθρακα και τον μετέτρεψαν σε τρία χρήσιμα προϊόντα: οξυγόνο (για αναπνοή), υδρογόνο (για καύσιμο) και μονοξείδιο του άνθρακα (που χρησιμοποιείται επίσης στην παραγωγή καυσίμων).
Όλα αυτά έγιναν χρησιμοποιώντας πραγματικά σεληνιακά δείγματα από την αποστολή Chang'E-5, καθώς και προσομοιωμένη σεληνιακή σκόνη που δημιουργήθηκε για να ταιριάζει με την πραγματική ουσία. Οι ερευνητές τοποθέτησαν το χώμα σε έναν σφραγισμένο θάλαμο, πρόσθεσαν διοξείδιο του άνθρακα και το εξέθεσαν σε συμπυκνωμένο ηλιακό φως για να θερμάνουν τα πάντα σε περίπου 482 βαθμούς Φαρενάιτ (250 Κελσίου). Σε διάστημα αρκετών ωρών, το σύστημα παρήγαγε μετρήσιμες ποσότητες αερίου.
«Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι αυτό θα μπορούσε να γίνει χωρίς την προσθήκη επιπλέον βημάτων ή χημικών ουσιών», δήλωσε ο Wang. «Χρειάζεστε μόνο ηλιακό φως, CO2 και σεληνιακή σκόνη».
Η βάση για την τεχνολογία του μέλλοντος
Το μεγάλο όνειρο είναι η in situ αξιοποίηση πόρων, ή ISRU - ένας φανταχτερός όρος για τη χρήση όσων είναι ήδη διαθέσιμα σε έναν άλλο πλανήτη ή σελήνη αντί να φέρουμε τα πάντα από το σπίτι. Εάν αυτή η μέθοδος αποδειχθεί αποτελεσματική σε μεγαλύτερη κλίμακα, θα μπορούσε να υποστηρίξει τους αστροναύτες στη Σελήνη παρέχοντάς τους πρόσβαση σε νερό, αέρα και καύσιμα χωρίς να απαιτούνται αποστολές ανεφοδιασμού από τη Γη.
Η τεχνολογία θα μπορούσε ακόμη και να θέσει τις βάσεις για ένα είδος σεληνιακής εκδοχής της φωτοσύνθεσης — μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε καύσιμο και οξυγόνο χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως, ακριβώς όπως κάνουν τα φυτά στη Γη.
Οι επιστήμονες οραματίζονται ένα σύστημα όπου το εκπνεόμενο CO2 των αστροναυτών συλλέγεται τη νύχτα, όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν αρκετά ώστε να παγώσουν, και στη συνέχεια χρησιμοποιείται την επόμενη μέρα σε έναν ηλιακό αντιδραστήρα με σεληνιακό έδαφος. Το αποτέλεσμα είναι μια ανανεώσιμη παροχή αναπνεύσιμου οξυγόνου και χημικών ουσιών για την τροφοδοσία πυραύλων ή άλλου εξοπλισμού.
Οι προκλήσεις βρίσκονται μπροστά μας
Ενώ οι εργαστηριακές δοκιμές είναι πολλά υποσχόμενες, η λειτουργία αυτού του συστήματος στη Σελήνη δεν θα είναι εύκολη. Το σεληνιακό έδαφος ποικίλλει από τόπο σε τόπο και οι θερμοκρασίες κυμαίνονται άγρια — από -173°C τη νύχτα έως πάνω από 121°C κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι έντονη και η Σελήνη δεν έχει ατμόσφαιρα για να μετριάσει αυτά τα άκρα.
Μια άλλη πρόκληση είναι ότι οι αστροναύτες δεν να εκπνέεται αρκετό CO2 για να τροφοδοτεί ολόκληρο το σύστημα, επομένως θα χρειαστούν άλλες πηγές, όπως ο αποθηκευμένος ξηρός πάγος.
Παρόλο που οι αντιδράσεις λειτούργησαν στο εργαστήριο, η απόδοση είναι ακόμα πολύ μικρή για να υποστηρίξουν πλήρως την ανθρώπινη ζωή. Ο Wang και η ομάδα του λένε ότι θα πρέπει να βελτιώσουν την απόδοση του καταλύτη, να διαχειριστούν καλύτερα τη θερμότητα και να σχεδιάσουν ανθεκτικότερους αντιδραστήρες που μπορούν να επιβιώσουν σε σεληνιακές συνθήκες.
www.worldenergynews.gr
