Utilizzando l’apprendimento automatico e la modellazione computazionale, i ricercatori della Washington State University hanno trovato circa una mezza dozzina di buoni candidati per solventi in grado di estrarre materiali sulla Luna e su Marte utilizzabili nella stampa 3D.
La scoperta di potenziali solventi
I ricercatori hanno avviato il processo di identificazione di solventi liquidi che potrebbero essere potenzialmente utilizzati per estrarre materiali da costruzione essenziali dalla polvere delle rocce lunari e marziane. Questo sviluppo è una componente cruciale per consentire l’esplorazione spaziale a lungo termine.
I potenti solventi, chiamati liquidi ionici, sono sali che si trovano allo stato liquido.
Soumik Banerjee, professore associato presso la Scuola di Ingegneria Meccanica e dei Materiali della WSU, ha dichiarato: “Siamo stati in grado di selezionare molti liquidi ionici rapidamente e quindi abbiamo anche potuto comprendere scientificamente i fattori più importanti che determinano se un solvente è in grado di dissolvere il materiale o meno”.
Nell’ambito della sua missione Artemis, la NASA, che ha finanziato il lavoro di Banerjee, vuole rimandare gli esseri umani sulla Luna e poi nello spazio più profondo, su Marte e oltre. Ma per rendere possibili tali missioni a lungo termine, gli astronauti dovranno utilizzare materiali e risorse in quegli ambienti extraterrestri, utilizzando la stampa 3D per realizzare strutture, strumenti o parti da elementi essenziali estratti dal suolo lunare o marziano.
Banerjee ha spiegato: “L’utilizzo delle risorse in situ sarà un grosso problema per la NASA nei prossimi due decenni. In alternativa, avremmo bisogno di un carico utile terribilmente elevato di materiali da trasportare dalla Terra”.
L’acquisizione di tali materiali da costruzione deve essere effettuata in modo rispettoso dell’ambiente ed efficiente dal punto di vista energetico. Inoltre, il metodo per estrarre gli elementi non prevede l’utilizzo dell’acqua, che non è disponibile sulla Luna.
I liquidi ionici, che il gruppo di Banerjee studia da più di un decennio per l’uso nelle batterie, potrebbero essere la risposta. Il lavoro è stato riportato sulla rivista Journal of Physical Chemistry B.
Affinamento della selezione dei solventi
Testare ciascun candidato liquido ionico in laboratori è costoso e richiede tempo, quindi i ricercatori hanno utilizzato l’apprendimento automatico e la modellazione a livello di atomi per restringere il campo tra centinaia di migliaia di candidati. Il team ha cercato solventi che potessero elaborare materiali lunari e marziani, estrarre elementi importanti come alluminio, magnesio e ferro, rigenerarsi e forse produrre ossigeno o acqua come sottoprodotto per contribuire a fornire supporto vitale.
Identificando le qualità superiori di cui avranno bisogno i solventi, i ricercatori sono riusciti a trovare circa una mezza dozzina di candidati molto forti. Fattori importanti per il successo includevano la dimensione degli ioni molecolari che compongono i sali, la densità di carica superficiale, che è la carica per unità di area degli ioni, e la mobilità degli ioni nei liquidi.
Lavorando con ricercatori dell’Università del Colorado in uno studio separato, i ricercatori hanno testato alcuni liquidi ionici in laboratorio per la loro capacità di dissolvere i composti. Sperano di costruire eventualmente un reattore su scala di laboratorio o su scala pilota e testare buoni solventi candidati con materiali di tipo regolite lunare.
