Ученые выяснили, как извлечь кислород из лунной пыли
Луна — довольно негостеприимное место для людей. Здесь все сухо и пыльно, и нам нечем дышать. Но есть кислород: лунный реголит — рассыпчатый верхний слой пыли и щебня на поверхности Луны — наполнен им. И теперь ученые придумали, как его извлечь.
Процесс также не производит отходов. С одной стороны, вы получаете кучу кислорода. С другой стороны, связка металлических сплавов, с которыми он был связана. Оба из них были бы действительно полезны на любых будущих лунных базах или колониях.
Благодаря образцам реголита, возвращенным из предыдущих лунных миссий, мы знаем, что там действительно много кислорода. От 40 до 45 процентов по весу реголита составляет кислород — безусловно, самый распространенный компонент по весу.
Есть только одна большая проблема.
«Кислород является чрезвычайно ценным ресурсом, но он химически связан с материалом в виде оксидов в форме минералов или стекла и поэтому недоступен для немедленного использования», — сказал химик Бет Ломакс из Университета Глазго в Шотландии.
Эти образцы слишком ценны, чтобы экспериментировать напрямую, но их наличие означает, что мы можем точно воссоздать их последовательность, используя наземные материалы. Эта «поддельная» лунная пыль называется симулятором лунного реголита, и Ломакс и ее команда использовали ее для своих исследований.
Ранее были попытки извлечь кислород из лунного реголита, такие как химическое восстановление оксидов железа с использованием водорода для производства воды, а затем электролиз для отделения водорода от кислорода в воде; или аналогичный процесс с метаном вместо водорода.
Но эти методы были либо слишком сложными, либо требовали экстремальных температур, что реголит фактически плавится.
Ломакс и его коллеги пропустили этап химического восстановления и сразу приступили к электролизу порошкообразного реголита.
«Обработка проводилась с использованием метода, называемого электролизом расплавленной соли. Это первый пример прямой порошковой обработки твердого имитатора лунного реголита, который может извлекать практически весь кислород», — пояснил Ломакс.
«Альтернативные методы извлечения лунного кислорода достигают значительно более сложные или требуют плавления реголита при экстремальных температурах более 1600 градусов по Цельсию».
Сначала реголит помещается в сетчатую корзину. Добавляется хлорид кальция — электролит, и смесь нагревается до температуры около 950 градусов по Цельсию, температура, при которой материал не плавится. Затем применяется электрический ток. Это извлекает кислород и переносит соль на анод, откуда ее можно легко удалить.
Потребовалось около 50 часов, чтобы извлечь 96 процентов кислорода, связанного в образце реголита, но 75 процентов кислорода извлекли за первые 15 часов. Примерно треть общего кислорода в пробе была обнаружена в отходящем газе, а остальная часть была потеряна, но это все еще является значительным улучшением по сравнению с предыдущими методами.
Кроме того, оставшийся металл пригоден для использования — первый раз, когда техника извлечения кислорода из лунного реголита дала такой результат.
«Это первая успешная демонстрация твердотельной обработки, имитации порошкообразного реголита, с получением металлических сплавов в качестве продуктов», — пишут исследователи в своей статье.
В побочном продукте было три основных группы сплавов, иногда с небольшим количеством других металлов, смешанных в: железо-алюминий, железо-кремний и кальций-кремний-алюминий.
Это открытие означает, что технология все еще может быть ценной, даже если окажется, что кислород может быть извлечен из предполагаемых запасов водяного льда на Луне.
«Этот процесс предоставил бы лунным поселенцам доступ к кислороду для топлива и жизнеобеспечения, а также к широкому спектру металлических сплавов для производства на месте», — сказал Джеймс Карпентер, специалист по лунной стратегии ESA.
Исследование было опубликовано в журнале «Планетная и космическая наука».
Источники: Фото: Beth Lomax/University of Glasgow
