El suelo excavado de la luna podría usarse para producir oxígeno y metano, que podría ser utilizado por los colonos lunares para respirar y para el combustible de cohetes.
Esta es la conclusión de un equipo de científicos de China que han encontrado un método de un solo paso para hacer todo esto. Sin embargo, si es económicamente viable, está en debate.
Pero el equipo chino piensa que lo es. “La mayor sorpresa para nosotros fue el éxito tangible de este enfoque integrado”, dijo el miembro del equipo Lu Wang, químico de la Universidad China de Hong Kong, en un declaración. “La integración de un solo paso de la extracción de agua lunar y la catálisis fototérmica de dióxido de carbono podría mejorar la eficiencia de utilización de energía y disminuir el costo y la complejidad del desarrollo de la infraestructura”.
Señalan que los estudios han demostrado que transportar suministros desde Tierra a cualquier futuro luna La base sería costosa porque cuanto mayor es la masa de carga, más duro tiene que trabajar un cohete para lanzarse al espacio. Los estudios han indicado que costaría $ 83,000 transportar solo un galón de agua desde la Tierra hasta la Luna, y sin embargo, se espera que cada astronauta beba 4 galones de agua por día.
Afortunadamente, la luna tiene agua abundante, aunque no es aparente automáticamente. Traído a la luna por impactos de cometas, asteroides y micrometeoroides, e incluso por el viento solarel agua acecha en cráteres sombreados permanentemente en los postes lunaresatrapado en minerales como la ilmenita.
Extraer el agua para beber es relativamente fácil y hay numerosas tecnologías que describen cómo se puede hacer esto, incluida la calefacción del regolito enfocando la luz solar en él. Sin embargo, el equipo chino ha podido llevar esto un paso más allá.
“Lo que es novedoso aquí es el uso del suelo lunar como catalizador para agrietar las moléculas de dióxido de carbono y combinarlas con agua extraída para producir metano”, dijo Philip Metzger, físico planetario de la Universidad de Florida Central, Space.com. Metzger no participó en la nueva investigación, pero él es el cofundador del Centro Espacial de la NASA Kennedy ”Swamp funciona‘, un laboratorio de investigación para diseñar tecnologías para la construcción, fabricación y minería en superficies planetarias (y lunares).
El metano sería más deseable que el hidrógeno líquido como un potencial combustible para cohetes porque es más fácil mantenerse estable, lo que requiere menos maquinaria y menos costo para mantener en la luna. El metano líquido, cuando se mezcla con oxígeno como oxidante, es un potente combustible de cohete. Muchas compañías comerciales como el espacio de tierra de China ya están Lanzamiento de cohetes con metano.
La ilmenita portadora de agua también es un catalizador útil para reaccionar el agua con dióxido de carbono para producir oxígeno y metano, y el equipo chino ha desarrollado un proceso de un solo paso para hacerlo. Primero, calientan el regolito a 392 grados Fahrenheit (200 grados Celsius) enfocando la luz solar para liberar el agua dentro. Luego, el dióxido de carbono, como el que podría ser expulsado por los astronautas, se agrega a la mezcla, lo que hace que la ilmenita catalice la reacción entre el agua extraída y el dióxido de carbono. Los investigadores probaron este proceso, conocido como catálisis fototérmica, en el laboratorio utilizando un simulante basado en muestras de regolito lunar devuelto a la Tierra por China. Chang’e 5 Misión (las muestras lunares son demasiado anteriores para destruir en tales experimentos, por lo que se usa un simulante).
Si bien las tecnologías anteriores también han podido lograr esto, requirieron más pasos y más maquinaria, y utilizaron un catalizador que tendría que ser transportado desde la Tierra. Esto, cree el equipo de investigación, hace que su proceso sea más eficiente y menos costoso que las alternativas.
Sin embargo, Metzger no está totalmente seguro de que funcionará. Por un lado, el regolito lunar es un aislante térmico competente, por lo que calentar una muestra hasta el final no sería fácil.
“El calor no se extiende efectivamente más profundamente en el suelo, y esto reduce en gran medida la cantidad de agua que se puede producir en un tiempo dado”, dijo Metzger. Una opción podría ser ‘volar’ el regolito, girarlo repetidamente para que el calor se aplique de manera más uniforme, pero esto ralentiza la extracción de agua y aumenta la complejidad mecánica del proceso. En un entorno donde el polvo lunar entra en cada rincón y grieta, y donde las fluctuaciones de temperatura entre la noche y el día pueden ser tan grandes como 482 grados Fahrenheit (250 Celsius), el riesgo de descomposición solo aumenta a medida que las partes más móviles entran en la ecuación.
“Puede ser factible, pero se necesita más maduración de la tecnología para demostrar que en realidad es competitivo”, dijo Metzger.
También hay un problema con la aplicación de dióxido de carbono, algo reconocido tanto por el equipo chino como por Metzger. Específicamente, hay un signo de interrogación sobre si los astronautas podrían producir suficiente dióxido de carbono a través de su exhalación normal. Metzger calcula que los astronautas solo pueden proporcionar una décima parte del dióxido de carbono requerido. Alternativamente, el dióxido de carbono podría trasladarse de la Tierra, pero esto preferiría derrotar el propósito de la técnica propuesta, que era desarrollar un medio de costo para obtener agua, oxígeno y metano con recursos en gran medida ya disponibles en la luna.
Sin embargo, a largo plazo, tal vez enviar algunos materiales de la Tierra será beneficioso. Metzger señala un experimento similar que utilizó un catalizador granular exótico: níquel-on-kieselguhr (Kieselguhr es una especie de roca sedimentaria), en lugar del regolito lunar. Metzger sospecha que un material diseñado específicamente para ser un catalizador, como el níquel-on-kieselguhr, sería más eficiente que el regolito lunar. Además, aunque sería costoso transportar desde la Tierra, el níquel-on-kieselguhr se puede reutilizar para que solo necesite transportarlo a la luna una vez. En un análisis de costo-beneficio, a largo plazo podría ser más eficiente hacer esto.
De todos modos, el equipo de investigación ha demostrado de manera convincente que usar el regolito lunar como catalizador para producir combustible y obras de agua. El siguiente paso es demostrar que la tecnología se puede ampliar para mantener una base en la luna de manera más eficiente que otras técnicas, y que puede operar en condiciones lunares donde la gravedad es más débil, la temperatura se balancea a grandes extremos, y hay una radiación intensa desde el espacio.
“Creo que estos son resultados muy interesantes y puede haber aplicaciones adicionales para usar el suelo lunar como fotocatalizador”, dijo Metzger. “Se necesitará más trabajo para mostrar si este concepto puede ser económicamente competitivo. Soy escéptico, pero todas las buenas ideas tienen sus detractores y nunca se puede saber hasta que alguien haga el trabajo para probarlo”.
Ciertamente no hay prisa inmediata para la tecnología. Con la NASA Artemisa III misión, que tiene como objetivo finalmente regresar a los astronautas a la superficie de la luna en 2027 como muy temprano, y Financiación disponible Para Artemisa IV y V en algún momento indeterminado en el futuro, aún no estamos en condiciones de construir una base lunar permanente.
Sin embargo, las misiones de Artemis son la oportunidad perfecta para probar algunas de estas tecnologías y serán muy importantes para mostrar si realmente podemos vivir en la luna o no.
La investigación fue publicada el 16 de julio en la revista. Joule.