La Lune regorge d'oxygène et de minéraux, des éléments indispensables à toute civilisation spatiale. Le problème est qu'ils sont enfermés ensemble dans le régolithe. La séparation des deux fournira une richesse de ressources essentielles, mais leur séparation est un problème épineux.
Le régolithe de la Lune varie de 2 mètres (6,5 pieds) de profondeur dans les régions marines à 20 mètres (65 pieds) de profondeur dans les régions montagneuses. Contrairement à la Terre, où la surface est façonnée et construite par des processus biologiques et géologiques, le régolithe de la Lune est en grande partie composé de fragments pulvérisés et sablés de la croûte provoquée par les impacts. L'oxygène et les minéraux sont enfermés dans des oxydes minéraux et dans des particules vitreuses créées par la chaleur des impacts.
L'oxygène est l'élément le plus abondant du régolithe de la Lune, représentant entre 40 et 45% du régolithe en poids. Les scientifiques étudient l'utilisation des ressources in situ (ISRU) depuis des années, essayant de trouver une méthode pour séparer l'oxygène des autres éléments, pour utiliser les deux. En règle générale, cela nécessite beaucoup d'énergie, ce qui constitue une barrière importante.
De nouvelles recherches soutenues par l'Agence spatiale européenne décrivent une méthode d'extraction d'oxygène qui ne nécessite pas autant d'énergie.
"Cet oxygène est une ressource extrêmement précieuse, mais il est chimiquement lié dans le matériau sous forme d'oxydes sous forme de minéraux ou de verre, et n'est donc pas disponible pour une utilisation immédiate", explique la chercheuse Beth Lomax de l'Université de Glasgow, dont le travail de doctorat est soutenu par l'Initiative de mise en réseau et de partenariat de l'ESA, exploitant la recherche universitaire avancée pour les applications spatiales.
"Cette recherche fournit une preuve de concept que nous pouvons extraire et utiliser tout l'oxygène du régolithe lunaire, laissant un sous-produit métallique potentiellement utile", a déclaré Lomax dans un communiqué de presse.
La méthode d'extraction repose sur l'électrolyse, ce que la plupart d'entre nous apprenons au lycée. Mais cette méthode utilise du sel fondu comme électrolyte.
"Le traitement a été effectué en utilisant une méthode appelée électrolyse du sel fondu", a déclaré Lomax. «Il s'agit du premier exemple de traitement direct de poudre à poudre de simulant de régolithe lunaire solide qui peut extraire pratiquement tout l'oxygène. Des méthodes alternatives d'extraction de l'oxygène lunaire permettent d'obtenir des rendements nettement inférieurs ou nécessitent que le régolithe soit fondu à des températures extrêmes de plus de 1600 ° C. »
Cette méthode utilise du sel de chlorure de calcium fondu comme électrolyte. Le régolithe simulé est placé dans un panier en maille et il est tout chauffé à 950 ° C (1740 F.) À cette température, le régolithe reste solide. Ensuite, le courant est appliqué et l'oxygène est extrait et collecté au niveau d'une anode. D'autres méthodes d'extraction nécessitent de tout chauffer à 1600 C (2900 F), une augmentation massive d'énergie requise.
Cette méthode a extrait 96% de l'oxygène en 50 heures. Mais en seulement 15 heures, il a pu en extraire 75%. L'oxygène étant si abondant dans le régolithe lunaire, ces résultats semblent prometteurs.
"Ce travail est basé sur le processus FCC - à partir des initiales de ses inventeurs basés à Cambridge - qui a été étendu par une société britannique appelée Metalysis pour la production commerciale de métaux et d'alliages", a déclaré Lomax.
Metalysis a développé la méthode d'électrolyse du sel fondu précisément parce qu'elle est moins énergivore. Le matériau à séparer n'a pas besoin d'être liquide, donc moins d'énergie est requise. Ils affirment également que leur système ne produit aucun sous-produit toxique.
"Nous travaillons avec Metalysis et l'ESA pour traduire ce processus industriel dans le contexte lunaire, et les résultats jusqu'à présent sont très prometteurs", note Mark Symes, directeur de thèse de Beth à l'Université de Glasgow.
La disponibilité des différents minéraux change en fonction de l'emplacement sur la Lune. Il y a beaucoup de travail à faire pour cartographier et explorer les ressources de la Lune.
James Carpenter, responsable de la stratégie lunaire de l'ESA, commente: «Ce processus donnerait aux colons lunaires un accès à l'oxygène pour le carburant et le maintien de la vie, ainsi qu'à une large gamme d'alliages métalliques pour la fabrication in situ - la matière première exacte disponible dépendrait de l'endroit où Lune, ils atterrissent. "
Avec des fusées réutilisables développées par des sociétés comme SpaceX, le coût du transport de matériaux hors du puits de gravité terrestre a baissé. Mais c'est toujours cher. Le transport d'un seul kilogramme vers la Lune peut coûter des dizaines de milliers de dollars. Ce coût signifie que tout plan réaliste pour un avant-poste ou une colonie lunaire serait un énorme drain financier.
Sans moyen d'extraire des ressources pour le combustible et la construction, et sans source d'oxygène sur la Lune, il semble peu probable que les humains puissent y établir une quelconque forme de présence. De telles avancées technologiques joueront un rôle énorme dans l'avenir de l'exploration spatiale.
Plus:
- Communiqué de presse: OXYGÈNE ET MÉTAL PROVENANT DE LUNAR REGOLITH
- Document de recherche: prouver la viabilité d'un processus électrochimique pour l'extraction simultanée d'oxygène et la production d'alliages métalliques à partir du régolithe lunaire
- NASA: Utilisation des ressources in situ
- Space Magazine: Récolte des ressources du système solaire. Utilisation des ressources in situ
