Kartu su kosmoso tyrimais, pastaruoju metu daug laiko ir lėšų investuojama į efektyvaus kosmoso išteklių panaudojimo technologijas. Ir šių pastangų smaigalyje buvo geriausių deguonies išgavimo būdų Mėnulyje paieška.
Ir taip arti ir taip toli, Mėnulis kabo danguje. Tenai gyventi negali – esi susietas su Žeme… Tačiau Mėnulis gali būti ne tik eilių, bet ir įkvėpimo tiesiogine šio žodžio prasme, šaltinis.
© NASA/JPL
Kartu su kosmoso tyrimais, pastaruoju metu daug laiko ir lėšų investuojama į efektyvaus kosmoso išteklių panaudojimo technologijas. Ir šių pastangų smaigalyje buvo geriausių deguonies išgavimo būdų Mėnulyje paieška.
Spalį Australijos Kosmoso agentūra ir NASA susitarė kaip Artemidės programos dalį į Mėnulį pasiųsti Australijoje sukonstruotą aparatą, kuriuo ten būtų renkamos uolienos ir iš jų išgaunamas deguonis kvėpuoti.
Nors Mėnulis atmosferą turi, ji labai reta ir sudaryta daugiausiai iš vandenilio, neono ir argono, tai yra, tokiems nuo deguonies priklausomiems žinduoliams, kaip žmonės, visai netinkama.
Tačiau iš tiesų deguonies Mėnulyje netrūksta. Tik jis nėra tinkamos, dujinės, formos, o įkalintas Mėnulio paviršių dengiančiame uolienų ir dulkių sluoksnyje – regolite. Jei pavyktų iš regolito deguonį išlaisvinti, ar jo pakaktų palaikyti žmonių gyvenimui Mėnulyje?
Deguonies paplitimas
Deguonis yra vienas iš galingiausių oksidatorių, sudarančių junginius su kitais elementais, tad jo yra daugelyje aplinkinių mineralų. O Mėnulis daugiausiai sudarytas iš uolienų, kurių yra ir Žemėje (nors ir su šiek tiek daugiau meteorų atneštų medžiagų).
Mėnulio peizaže dominuoja mineralai, sudaryti iš silicio, aliuminio, geležies ir magnio oksidų. Visuose šiuose junginiuose yra deguonies, tačiau atsidūrusios plaučiuose jos kvėpuoti visai nepadėtų.
Mėnulyje šie mineralai būna įvairių formų – kaip kieti akmenys, dulkės, žvirgždas ar išsibarstę rieduliai. Tai – tūkstančius ir milijonus metų Mėnulio paviršiun krentančių stambesnių ir smulkesnių meteoritų darbo vaisius.
Kai kas Mėnulio paviršiaus gruntą vadina „dirva“, bet kaip dirvotyros mokslininkas, tokį terminą vengčiau naudoti. Mums pažįstamą ir, galima sakyti, stebuklingą, dirvą turi tik Žemė. Ją per milijonus metų sukūrė įvairiausi organizmai, pertvarkydami pradinę dirvos žaliavą – iš uolienų sudarytą regolitą.
Tokios jų veiklos rezultatas yra mineralų, kurių nebuvo pradinėse uolienose, matrica. Žemės dirva pasižymi įspūdingomis fizinėmis, cheminėmis ir biologinėmis charakteristikomis. Tuo tarpu Mėnulio paviršių dengia iš esmės pradinės, nepaliestos formos regolitas. Iš vienos medžiagos – dvi
Mėnulio regolitą sudaro maždaug 45% deguonies. Bet tas deguonis tvirtai laikosi aukščiau minėtuose mineraluose. Norint jį išlaisvinti, reikėtų pridėti energijos.
Tikriausiai žinote, kas yra elektrolizė. Žemėje šis procesas plačiai naudojamas, pavyzdžiui, gaminant aliuminį. Elektros srovė leidžiama per elektrodus, panardintus į išlydytą aliuminio oksidą, ir taip aliuminis atskiriamas nuo deguonies.
Šiuo atveju deguonis yra šalutinis produktas. Mėnulyje deguonis būtų produktas, o naudingas šalutinis produktas – išgautas aliuminis ar kitas metalas.
Pats procesas nėra sudėtingas, bet jam reikia labai daug energijos. Kad būtų tvarus, reikėtų naudoti fotovoltinius elementus, ar dar kokį Mėnulyje prieinamą energijos šaltinį.
Australijoje daug aliuminio oksido gryninimo fabrikų. Nuotraukoje – stovintis Gladstone, Queenslando valstijoje. Aliuminis gaminamas dviem stadijomis. Iš pradžių išgryninama aliuminio rūda – natūralus mineralas boksitas. Išlydžius gautą aliuminio oksidą, elektrolize angliniais elektrodais (Hall–Héroult procesas – Al₂O₃+3C→2Al+3CO) grynas aliuminis atskiriamas nuo deguonies.
Norint išskirti deguonį iš regolito, reikėtų rimtos įrangos. Iš pradžių reikėtų konvertuoti kietą metalo oksidą į skystį – karščiu, ar karščiu kartu su tirpikliais ar elektrolitais. Turime technologiją atlikti tai Žemėje, bet nuboginti šį aparatą į Mėnulį ir dar generuoti pakankamai energijos jam veikti – rimtas iššūkis.
Anksčiau šiais metais Belgijoje įsikūręs startuolis Space Applications Services paskelbė kuriantis tris eksperimentinius reaktorius, patobulinančius deguonies išgavimo elektrolize procesą. Jie tikisi nusiųsti technologiją į Mėnulį iki 2025, kaip dalį Europos kosmoso agentūros vietinių išteklių panaudojimo (ISRU) misijos.
Kiek deguonies būtų galima išgauti Mėnulyje?
O apibendrinant, kai tai įgyvendinsime, kiek deguonies Mėnulyje galime tikėtis išgauti? Na, tiesą sakant, visai nemažai.
Jei ignoruosime giliau esančias kietas Mėnulio uolienas, ir apžvelgsime tik lengvai prieinamą paviršiaus regolitą, galime paskaičiuoti.
Viename kubiniame metre Mėnulio regolito vidutiniškai yra 1,4 tonos mineralų. Iš šios masės maždaug 630 kilogramų sudaro deguonis. NASA teigia, kad žmogui išgyventi parą reikia apie 800 gramų deguonies. Tad, su 630 kg deguonies žmogus galėtų išgyventi apie porą metų (gal kiek daugiau).
Tarkime, kad vidutinis Mėnulio regolito sluoksnio storis yra maždaug dešimt metrų, ir galime išskirti visą jame esantį deguonį. Tai reiškia, kad iš Mėnulio paviršiaus 10 metrų būtų galima išgauti pakankamai deguonies visų 8 milijardų Žemės gyventojų gyvenimui maždaug 100 000 metų.
Aišku, tai priklausytų ir nuo deguonies išgavimo efektyvumo. Kaip bebūtų skaičius išties pribloškiamas!
Nepaisant to, Žemėje esame irgi visai gerai įsitaisę. Ir turėtume daryti viską, kas nuo mūsų priklauso, kad apsaugotume savo žydrąją planetą – ir ypač jos dirvą – kuri palaiko visą žemišką gyvybę mums nepajudinant nė piršto.
John Grant, Southern Cross University / theconversation.com
