La NASA ha ritardato la sua missione Artemis sulla Luna, ma ciò non significa che un ritorno sulla Luna non sia imminente. Le agenzie spaziali di tutto il mondo hanno gli occhi puntati sul nostro satellite roccioso. Non importa chi arriva, se stanno pianificando una presenza prolungata sulla Luna, avranno bisogno di risorse in situ.
L'ossigeno e l'acqua sono in cima alla lista delle risorse di cui gli astronauti avranno bisogno sulla Luna. Un team di ingegneri e scienziati sta cercando di capire come cucinare le rocce lunari e ottenere da esse ossigeno vitale e acqua. Hanno presentato i loro risultati al Europlanet Science Congress 2021 .
La professoressa Michèle Lavagna del Politecnico di Milano ha guidato gli esperimenti. Dietro i lavori c'è un consorzio di aziende e agenzie, tra cui l'ESA e l'Agenzia spaziale italiana. Lavagna e altri hanno presentato una dimostrazione di laboratorio del loro lavoro all'EPSC2921.
Quando parliamo di suolo lunare, intendiamo la regolite lunare, lo strato di polvere che ricopre la Luna. Lo stesso strato che ha confuso gli astronauti dell'Apollo trovando la sua strada nel modulo lunare, intasando i meccanismi e interferendo con gli strumenti. La polvere costituisce un pericolo continuo che le agenzie spaziali stanno ancora cercando di mitigare. Ma la stessa polvere è anche una risorsa fondamentale.
Un astronauta dell'Apollo 17 scava nella regolite lunare per studiare il comportamento meccanico della polvere lunare. Credito: NASA
C'è molto ossigeno nella regolite lunare perché l'ossigeno reagisce prontamente con altri elementi, in particolare gruppo uno elementi . Il suolo lunare è ricco di ossidi, in particolare biossido di silicio, ossido di ferro, ossido di magnesio, ecc. Secondo l'ESA, circa il 50% del suolo lunare è costituito da ferro e biossido di silicio e circa il 26% di questi composti sono ossigeno. Il trucco è far uscire l'ossigeno.
Lavagna ha dimostrato un processo in due fasi che viene regolarmente utilizzato nelle applicazioni industriali qui sulla Terra. Innanzitutto, la regolite lunare simulata viene vaporizzata in presenza di idrogeno e metano, quindi lavata con gas idrogeno. Una fornace riscalda i minerali a 1.000 gradi Celsius (1800 F), che li trasforma direttamente da solidi a gas. Così facendo, i minerali saltano la fase liquida, rendendo l'intero processo più semplice.
Quindi i gas e il metano residuo vanno a un convertitore catalitico e quindi a un condensatore che separa l'acqua. Successivamente, l'idrolisi separa l'ossigeno e il sistema ricicla i sottoprodotti di idrogeno e metano.
Ingegneri e scienziati stanno lavorando da molti anni alla sfida di estrarre risorse in situ sulla Luna. Un metodo prevede utilizzando l'elettrolisi del sale fuso per estrarre l'ossigeno . Questo metodo è adattato dall'estrazione mineraria e produce anche leghe metalliche utili dalla regolite lunare.
Ma una delle caratteristiche critiche di questo nuovo processo, secondo Lavagna, è che è quasi a mani libere.
'I nostri esperimenti mostrano che l'impianto è scalabile e può funzionare in un circuito chiuso quasi completamente autosufficiente, senza la necessità dell'intervento umano e senza intasarsi', ha affermato il professor Lavagna.
Questo video mostra l'acqua estratta dal processo. Credito: Politecnico Milano, CC BY-NC-CD
Il team sta ancora lavorando per ottimizzare il processo in previsione di un eventuale test di combattimento. Stanno lavorando con la temperatura del forno, la lunghezza e la frequenza del lavaggio, il rapporto delle miscele di gas e la dimensione dei lotti di terreno. Finora, hanno appreso che piccoli lotti di terreno producono rese massimizzate se combinate con le più alte temperature possibili e lunghe fasi di lavaggio.
Il sistema produce silice come sottoprodotto. Produce anche metalli che richiedono un'ulteriore lavorazione prima di essere utilizzati come risorse in situ.
'La capacità di disporre di strutture efficienti per la produzione di acqua e ossigeno in loco è fondamentale per l'esplorazione umana e per eseguire scienze di alta qualità direttamente sulla Luna', ha affermato Lavagna. “Questi esperimenti di laboratorio hanno approfondito la nostra comprensione di ogni fase del processo. Non è la fine della storia, ma è un ottimo punto di partenza'.