Il cuore tecnico dell’ESA ha iniziato a produrre ossigeno a partire da una “polvere lunare” simulata.
Un prototipo di impianto è stato installato nel Laboratorio di materiali e componenti elettrici del Centro europeo di ricerca e tecnologia spaziale, ESTEC, con sede a Noordwijk nei Paesi Bassi.
“Avere la nostra struttura ci consente di concentrarci sulla produzione di ossigeno, misurandola con uno spettrometro di massa mentre viene estratto dal simulante regolitico”, dice Beth Lomax dell’Università di Glasgow.
“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”.
Alexandre Meurisse, ricercatore dell’ESA, aggiunge: “E ora abbiamo la struttura in funzione, possiamo cercare di perfezionarla, ad esempio riducendo la temperatura operativa, alla fine progettando una versione di questo sistema che potrebbe un giorno volare sulla Luna per essere utilizzato lì.”
La composizione della regolite lunare
I campioni restituiti dalla superficie lunare confermano che la regolite lunare è composta per il 40–45% in peso di ossigeno, il suo singolo elemento più abbondante. Questo ossigeno è però legato chimicamente come ossidi, sotto forma di minerali o vetro, quindi non è disponibile per l’uso immediato.
L’estrazione dell’ossigeno di ESTEC sta utilizzando un metodo chiamato elettrolisi di sale fuso, che prevede il posizionamento di regolite in un cestino metallico con sale di cloruro di calcio fuso che serve come elettrolita, riscaldato a 950 °C. A questa temperatura la regolite rimane solida.
Il passaggio di una corrente attraverso di essa provoca l’estrazione dell’ossigeno dalla regolite e la migrazione attraverso il sale che viene raccolto in un anodo. Come bonus questo processo converte anche la regolite in leghe metalliche utilizzabili.
In realtà questo metodo di elettrolisi del sale fuso è stato sviluppato dalla società britannica Metalysis per la produzione commerciale di metalli e leghe.
“Alla Metalysis, l’ossigeno prodotto dal processo è un sottoprodotto indesiderato e viene invece rilasciato come biossido di carbonio e monossido di carbonio, il che significa che i reattori non sono progettati per resistere all’ossigeno stesso”, spiega Beth Lomax. “Quindi abbiamo dovuto riprogettare la versione ESTEC per poter avere l’ossigeno disponibile. Il team del laboratorio è stato molto utile per installarlo e operare in sicurezza.”
Produrre ossigeno sulla Luna
L’impianto di ossigeno funziona silenziosamente, con l’ossigeno prodotto nel processo che per ora viene scaricato in un tubo, ma verrà immagazzinato dopo futuri aggiornamenti del sistema.
“Il processo di produzione lascia dietro di sé un groviglio di metalli diversi”, aggiunge Alexandre, “e questa è un’altra utile linea di ricerca, per vedere quali sono le leghe più utili che potrebbero essere prodotte e che tipo di applicazioni potrebbero essere proposte.
“Potrebbero essere stampati in 3D direttamente, per esempio, o avrebbero bisogno di essere raffinati? La combinazione precisa di metalli dipenderà da dove viene acquisita la regolite sulla Luna – ci sarebbero differenze regionali significative. ”
L’obiettivo finale sarebbe quello di progettare un “impianto pilota” che potesse operare in modo sostenibile sulla Luna, con la prima dimostrazione tecnologica mirata per la metà degli anni ’20.
“L’ESA e la NASA stanno tornando sulla Luna con missioni con equipaggio, questa volta al fine di rimanere”, afferma Tommaso Ghidini, capo della divisione Strutture, meccanismi e materiali dell’ESA.
“Di conseguenza stiamo spostando il nostro approccio ingegneristico a un uso sistematico delle risorse lunari in situ. Stiamo lavorando con i nostri colleghi della direzione di esplorazione umana e robotica, l’industria europea e il mondo accademico per fornire approcci scientifici di alto livello e tecnologie abilitanti fondamentali come questa, verso una presenza umana sostenuta sulla Luna e forse un giorno su Marte.”
