ONDERZOEKERS WILLEN ZUURSTOF ONTTREKKEN AAN DE MULLE MAANBODEM

[univers]

Zuurstof en metaal van maanregoliet
Links: een bergje nagebootste regoliet. Rechts: Hetzelfde materiaal nadat zuurstof eruit is onttrokken. Afbeelding: Beth Lomax – University of Glasgow

Mogelijk kunnen toekomstige maankolonisten dit zuurstof gebruiken om te ademen én kan het als een component van brandstof dienen voor verschillende maan- en Marsmissies.

Aan het oppervlak van de maan is een laag los, vaak verweerd materiaal te vinden. Dit materiaal wordt ook wel regoliet genoemd en blijkt enorm veel zuurstof te herbergen. Onderzoekers hebben nu een veelbelovende manier gevonden om dit zuurstof aan regoliet te onttrekken. Een knap staaltje werk. Want zowel de zuurstof, als het mengsel dat nadien overblijft kan mogelijk voor verschillende zaken door toekomstige maanbewoners gebruikt gaan worden.

Zuurstof
Het produceren van zuurstof op de maan is eigenlijk al sinds het Apollo-tijdperk onderwerp van gesprek. “Maar dankzij de hernieuwde drang voor verkenningsmissies naar maan, krijgt het onderwerp nu opnieuw aandacht,” zegt Beth Lomax tegen Scientias.nl. “Er is veel belangstelling om bijvoorbeeld schaduwrijke kraters op de maanpolen te gebruiken om zuurstof aan waterstof te onttrekken. We weten echter niet zeker of deze plekken wel toegankelijk zijn en of het echt mogelijk is om hier zuurstof vandaan te halen. Daarentegen ligt regoliet wijdverspreid over het maanoppervlak.”

Regoliet
De bovenste laag van ongeveer drie tot tien meter op de maan bestaat uit regoliet. Omdat chemische verwering op hemellichamen met een zeer ijle of zelfs zonder atmosfeer erg langzaam verloopt, is het belangrijkste proces waarmee regoliet gevormd wordt het inslaan van micrometeorieten. Hoewel je het misschien niet zou verwachten, is er dankzij dit materiaal ontzettend veel zuurstof op de droge en dorre maan te vinden. “Regoliet bevat 40 tot 45 procent zuurstof, waardoor zuurstof het meest voorkomende element op het maanoppervlak is,” aldus Lomax. Er is alleen wel een probleempje. “Het is chemisch gebonden in de vorm van mineralen, waardoor we het niet onmiddellijk kunnen gebruiken. We hebben hoge temperaturen nodig om het te extraheren,” verklaart Lomax.

Methoden
Meerdere methoden om zuurstof aan regoliet te onttrekken hebben ondertussen al de revue gepasseerd. Maar toch lijken veel van deze technieken niet het beste eindresultaat te behalen en gaat er in het proces veel zuurstof verloren. “Zuurstof extraheren met behulp van waterstof is waarschijnlijk het eenvoudigste proces,” zegt Lomax. “Het probleem is alleen dat je hierdoor slechts 1 tot 3 procent van de opbrengst overhoudt. Ook kun je regoliet smelten en vervolgens zuurstof onttrekken met koolstof, maar ook in dat geval zal de opbrengst slechts tien procent zijn. Een andere methode omvat het smelten van regoliet bij extreme temperaturen van meer dan 1600 graden Celsius. Maar ook in dit geval kun je niet alle zuurstof succesvol onttrekken.” De onderzoekers gooien het dan ook over een andere boeg. Allereerst wordt de poedervormige regoliet in een bak geplaatst. Calciumchloride – de elektrolyt – wordt toegevoegd en het mengsel wordt verwarmd tot ongeveer 950 graden Celsius. Bij deze temperatuur blijft de regoliet vast. Vervolgens wordt er elektrische stroom doorheen geleid. Dit extraheert de zuurstof en migreert het zout naar een anode, waar het gemakkelijk kan worden verwijderd.

Brandstof
Volgens de onderzoekers is dit een veelbelovende methode, waarbij zoveel mogelijk zuurstof gewonnen kan worden. “Bovendien blijft er een potentieel bruikbaar metaalachtig bijproduct over,” zegt Lomax. En dat kan weer voor andere doeleinden gebruikt worden. In totaal duurt het zo’n vijftig uur om 96 procent van de totale zuurstof te extraheren. 75 procent kan al in slechts vijftien uur worden onttrokken. De vraag is natuurlijk hoeveel astronauten er in zuurstof kunnen worden voorzien met wat er op de hele maan te vinden is. En dat valt bepaald niet tegen. “Om vier astronauten een jaar in leven te houden, heb je slechts een laagje van twee centimeter regoliet nodig uit een gebied ter grootte van een voetbalveld,” zegt Lomax desgevraagd. “Omdat astronauten dus relatief weinig nodig zullen hebben, zal de meeste zuurstof gebruikt worden als een component van brandstof. Zo wordt vloeibare zuurstof gebruikt als oxidatiemiddel in de meeste raketten en is het veruit de grootste massacomponent. Als we op de maan kunnen bijtanken voor verschillende maanoperaties, missies naar Mars en zelfs op de maan satellieten van brandstof kunnen voorzien, zal dit een enorme hoeveelheid massa bij lanceringen besparen.”

Op de maan
Hoewel ontzettend handig, zal het nog een behoorlijke uitdaging voor astronauten worden om het kunstje op de maan te klaren. “Het is niet gemakkelijk om op het maanoppervlak te werken,” zegt Lomax. “Zo kunnen voorraden niet gemakkelijk aangevuld worden en moeten de spullen bestand zijn tegen de omstandigheden op de maan. Omdat de maan geen atmosfeer heeft, moet alles bijvoorbeeld in een vacuüm kunnen werken. Ook moeten voorwerpen bestand zijn tegen enorme temperatuurschommelingen omdat het maanoppervlak overdag extreem heet en ’s nachts extreem koud is. Om nog niet te spreken over regoliet zelf; een materiaal dat ook niet gemakkelijk is om mee te werken. Aan al deze zaken moet gedacht worden als er zo’n ‘maanfabriek’ opgezet gaat worden.”

“MET ZOVEEL HERNIEUWDE BELANGSTELLING VOOR DE MAAN WEET IK ZEKER DAT ONZE TECHNOLOGIE BINNENKORT ZIJN WEG NAAR DE MAAN WEET TE VINDEN”
Uitproberen
Op dit moment is het proces alleen nog op aarde uitgeprobeerd. Maar als het aan de onderzoeker ligt, zal de methode over een paar jaar ook op het oppervlak van de maan getest gaan worden. “Met zoveel hernieuwde belangstelling voor de maan en de vele geplande bemande- en robotmissies, weet ik zeker dat onze technologie binnenkort zijn weg naar de maan weet te vinden,” zegt Lomax. En uitvindingen zoals beschreven in de studie zijn volgens de onderzoeker zeker geen overbodige luxe. “Het is gewoon niet haalbaar om op lange termijn alleen te vertrouwen op materialen die vanaf de aarde zijn meegenomen,” zegt Lomax, “Toekomstige maan- en Marskolonisten zullen dus wel zulke technologieën moeten gaan gebruiken.”

NASA bouwt ondertussen door aan de zogenoemde Lunar Gateway; een ruimtestation dat rond de maan zal gaan cirkelen. Het bedrijf Maxar Technologies zal de cruciale onderdelen ervan ontwikkelen. NASA heeft er behoorlijk haast bij. Want al in 2022 wil de ruimtevaartorganisatie dat het door het bedrijf te ontwikkelen Power and Propulsion Element (PPE) gelanceerd en in een baan rond de maan gebracht wordt. Zodra Maxar Technologies het element in een baan rond de maan heeft geplaatst en heeft aangetoond dat het naar behoren werkt, zal NASA het overnemen en er verschillende modules aan koppelen, zodat er een ruimtestation ontstaat. Rond 2028 wil NASA dat er continu mensen op en rond de maan te vinden zijn. En wellicht dat deze astronauten met behulp van de hier voorgestelde methode van zuurstof zullen worden voorzien.

https://www.scientias.nl/onderzoekers-w ... maanbodem/

https://www.esa.int/spaceinimages/Image ... r_regolith