Ossigeno e metallo dalla regolite lunare. Credito:Beth Lomax - Università di Glasgow
Il cuore tecnico dell'ESA ha iniziato a produrre ossigeno dalla polvere lunare simulata.
Allestito un prototipo di impianto di ossigeno presso il Laboratorio Materiali e Componenti Elettrici del Centro Europeo di Ricerca e Tecnologia Spaziale, ESTEC, con sede a Noordwijk nei Paesi Bassi.
"Avere una nostra struttura ci permette di concentrarci sulla produzione di ossigeno, misurandolo con uno spettrometro di massa mentre viene estratto dal simulante di regolite, " commenta Beth Lomax dell'Università di Glasgow, il cui dottorato il lavoro viene sostenuto attraverso l'iniziativa Networking and Partnering dell'ESA, sfruttando la ricerca accademica avanzata per le applicazioni spaziali.
"Essere in grado di acquisire ossigeno dalle risorse trovate sulla Luna sarebbe ovviamente estremamente utile per i futuri coloni lunari, sia per la respirazione che nella produzione locale di carburante per missili."
Il ricercatore dell'ESA Alexandre Meurisse aggiunge:"E ora che abbiamo la struttura in funzione, possiamo esaminare la messa a punto, ad esempio riducendo la temperatura di esercizio, alla fine progettando una versione di questo sistema che un giorno potrebbe volare sulla Luna per essere operata lì".
I campioni restituiti dalla superficie lunare confermano che la regolite lunare è composta dal 40-45% percento di ossigeno in peso, il suo unico elemento più abbondante. Ma questo ossigeno è legato chimicamente come ossidi sotto forma di minerali o vetro, quindi non è disponibile per l'uso immediato.
Credito:Agenzia spaziale europea
L'estrazione dell'ossigeno di ESTEC avviene utilizzando un metodo chiamato elettrolisi dei sali fusi, comportando il posizionamento della regolite in un cestello di metallo con sale di cloruro di calcio fuso per fungere da elettrolita, riscaldato a 950°C. A questa temperatura la regolite rimane solida.
Ma il passaggio di una corrente fa sì che l'ossigeno venga estratto dalla regolite e migri attraverso il sale che viene raccolto in un anodo. Come bonus questo processo converte anche la regolite in leghe metalliche utilizzabili.
In effetti questo metodo di elettrolisi a sali fusi è stato sviluppato dalla società britannica Metallysis per la produzione commerciale di metalli e leghe. Il dottorato di Beth coinvolto lavorando in azienda per studiare il processo prima di ricrearlo in ESTEC.
"A Metalisi, l'ossigeno prodotto dal processo è un sottoprodotto indesiderato e viene invece rilasciato come anidride carbonica e monossido di carbonio, il che significa che i reattori non sono progettati per resistere al gas ossigeno stesso, " spiega Beth. "Quindi abbiamo dovuto riprogettare la versione ESTEC per poter avere a disposizione l'ossigeno da misurare. Il team di laboratorio è stato molto utile per installarlo e farlo funzionare in sicurezza."
Vista al microscopio elettronico a scansione di particelle simulanti lunari prima del processo di estrazione dell'ossigeno. Credito:Beth Lomax / Università di Glasgow
L'impianto di ossigeno funziona silenziosamente, con l'ossigeno prodotto nel processo viene scaricato in un tubo di scarico per ora, ma verrà memorizzato dopo futuri aggiornamenti del sistema.
"Il processo produttivo lascia dietro di sé un groviglio di metalli diversi, "aggiunge Alessandro, "e questa è un'altra utile linea di ricerca, per vedere quali sono le leghe più utili che se ne potrebbero produrre, e a che tipo di applicazioni potrebbero essere destinati.
"Potrebbero essere stampati direttamente in 3D, Per esempio, o avrebbero bisogno di raffinamento? La precisa combinazione di metalli dipenderà da dove sulla Luna viene acquisita la regolite:ci sarebbero differenze regionali significative".
L'obiettivo finale sarebbe quello di progettare un "impianto pilota" che possa funzionare in modo sostenibile sulla Luna, con la prima dimostrazione tecnologica prevista per la metà degli anni '20.
Simulante Moondust sottoposto ad estrazione di ossigeno. Credito:Beth Lomax / Università di Glasgow
"ESA e NASA stanno tornando sulla Luna con missioni con equipaggio, questa volta per restare, "dice Tommaso Ghidini, Responsabile delle Strutture dell'ESA, Divisione Meccanismi e Materiali.
"Di conseguenza, stiamo spostando il nostro approccio ingegneristico verso un uso sistematico delle risorse lunari in loco. Stiamo lavorando con i nostri colleghi della Direzione Esplorazione umana e robotica, L'industria e il mondo accademico europei per fornire approcci scientifici di alto livello e tecnologie abilitanti chiave come questa, verso una presenza umana sostenuta sulla Luna e forse un giorno su Marte."
