La Luna è un luogo piuttosto inospitale per gli umani. È tutto secco e polveroso, e non c’è atmosfera per noi da respirare. Ma c’è parecchio ossigeno di ossigeno: la regolite lunare – lo strato di suolo lunare superficiale composto di polvere, ciottoli e ghiaccio. Ora sembra che gli scienziati abbiano capito come fare per estrarre l’ossigeno da questo materiale.
L’aspetto più positivo del processo ideato sta nel fatto che non vi sono prodotti di scarto: al termine del processo si ottengono ossigeno e materie prime, per lo più metalliche. Si tratta di tutto materiale che sarà estremamente utile per le eventuali future basi lunari.
Grazie ai campioni di regolite riportati sulla Terra dalle missioni Apollo, sappiamo che l’ossigeno è davvero molto abbondante sulla Luna. Addirittura, nella regolite l’ossigeno è l’elemento più abbondante, raggiungendo fino al 45 per cento del peso.
C’è, però, un grosso problema.
“L’ossigeno è una risorsa estremamente preziosa ma, sulla Luna, è legato chimicamente alla regolite sotto forma di ossidi di minerali o vetro e quindi non è disponibile per l’uso immediato“, spiega Beth Lomax, chimico che lavora all’Università di Glasgow, in Scozia.
La polvere lunare prima (a sinistra) e dopo (a destra) l’estrazione dell’ossigeno. (Beth Lomax / Università di Glasgow)
I campioni di polvere lunare sono troppo preziosi per poterli utilizzare direttamente per effettuare esperimenti, ma averli significa poterne conoscere con precisione la composizione per poterli replicare con materiali terrestri. Questa polvere lunare “falsa” si chiama simulante della regolite lunare e Lomax e il suo team l’hanno utilizzata per le loro ricerche.
Ci sono stati tentativi precedenti di estrarre l’ossigeno dalla regolite lunare, come la riduzione chimica degli ossidi di ferro usando l’idrogeno per produrre acqua, e quindi l’elettrolisi per separare l’idrogeno dall’ossigeno nell’acqua; o un processo simile con metano anziché idrogeno.
Ma queste tecniche hanno dimostrato una bassa resa, eccessivamente complicate o troppo calde, che richiedono temperature così estreme che la regolite finisce per sciogliersi.
Lomax e colleghi hanno saltato la fase di riduzione chimica e sono passati direttamente all’elettrolisi della regolite in polvere.
“L’elaborazione è stata eseguita utilizzando un metodo chiamato elettrolisi del sale fuso. Questo è il primo esempio di elaborazione diretta della polvere di simulante di regolite lunare solido che ha permesso di estrarre praticamente tutto l’ossigeno“, ha spiegato Lomax.
“I metodi alternativi di estrazione lunare dell’ossigeno raggiungono rese significativamente più basse o richiedono la fusione del regolite con temperature estreme di oltre 1.600 gradi Celsius“.
Innanzitutto, la regolite viene posizionata in un cestino foderato con una rete a trama fitta. Al simulante di regolite lunare viene aggiunto il cloruro di calcio – l’elettrolito – e la miscela viene riscaldata a circa 950 gradi Celsius, una temperatura che non fonde il materiale. Quindi, viene applicata una corrente elettrica. Questo processo permette di estrarre l’ossigeno e di migrare il sale in un anodo, da dove può essere facilmente rimosso.
(Lomax et al., Planetary and Space Science, 2019)
Sono state impiegate circa 50 ore per estrarre il 96 percento dell’ossigeno legato nel campione di regolite, ma il 75 percento dell’ossigeno è stato estratto nelle prime 15 ore. Circa un terzo dell’ossigeno totale nel campione è stato rilevato nell’off-gas e il resto è stato perso, ma stiamo parlando comunque di un notevole miglioramento del rendimento delle tecniche precedenti.
Inoltre, i sali metallici residui sono utilizzabili: è la prima volta che una tecnica di estrazione dell’ossigeno dalla regolite lunare ha prodotto questo risultato.
“Questa è la prima dimostrazione riuscita della lavorazione del simulante di regolite da polvere a polvere allo stato solido che produce leghe metalliche, oltre all’ossigeno, come prodotti“, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
“Inoltre, la chiara separazione delle varie fasi della lega e l’apparente deplezione di altri componenti metallici, introduce l’eccitante potenziale di separazione e raffinazione di metallo / lega dalla regolite lunare non beneficiata“.
Nel sottoprodotto c’erano tre principali gruppi di leghe, a volte con piccole quantità di altri metalli miscelati: ferro-alluminio, ferro-silicio e calcio-silicio-alluminio.
Questa scoperta significa che questa tecnica potrebbe essere preziosa anche se si riuscisse ad estrarre l’ossigeno dalle riserve di ghiaccio d’acqua lunari.
“Questo processo darebbe ai coloni lunari la disponibilità dell’ossigeno per fare carburante e per il supporto vitale, nonché una vasta gamma di leghe metalliche per la produzione di materiali in situ con l’utilizzo di stampanti 3D“, ha dichiarato James Carpenter, responsabile della strategia lunare dell’ESA.
La ricerca è stata pubblicata su Planetary and Space Science.
