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Ossigene e metallo da reolite lunare

Il prototipo dell’ESTEC

Il prototipo di un impianto di ossigeno è stato installato nel Materials and Electrical Components Laboratory of the European Space Research and Technology CentreESTEC – con sede a Noordwijk nei Paesi Bassi.

Produrre ossigeno dalla moondust
Credit: ESA

Avere la nostra struttura ci consente di concentrarci sulla produzione di ossigeno, misurandola con uno spettrometro di massa mentre viene estratto dal regolith simulant“, Beth Lomax dell’Università di Glasgow, il cui lavoro di dottorato è supportato attraverso la Networking and Partnering Initiative dell’ESA, con grazie alla quale si ricorre alla ricerca accademica avanzata per le applicazioni spaziali.

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 per la 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, progettando infine una versione di questo sistema che, un giorno potrebbe, essere portato sulla Luna.

Ossigeno dalla 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 elemento più abbondante. Ma questo ossigeno è legato chimicamente come ossidi sotto forma di minerali o vetro, quindi non è disponibile per l’uso immediato.

Base Future Moon
Credit: ESA

L’estrazione dell’ossigeno da ESTEC sta avvenendo usando un metodo chiamato elettrolisi del sale fuso, che prevede il posizionamento di regolite in un cestino metallico con sale di cloruro di calcio fuso per servire da elettrolita, riscaldato a 950° C. A questa temperatura la regolite rimane solida.

Ma facendo passare una corrente attraverso di essa, l’ossigeno viene estratto dalla regolite e migrato attraverso il sale per essere raccolto in un anodo. Come bonus questo processo converte anche la regolite in leghe metalliche utilizzabili.

Impostazione della prova
Credit: ESA

In realtà questo metodo di elettrolisi del sale fuso è stato sviluppato dalla società britannica Metalysis per la produzione commerciale di metalli e leghe. Il dottorato di ricerca di Beth prevedeva di lavorare presso l’azienda per studiare il processo prima di ricrearlo all’ESTEC.

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. “Quindi abbiamo dovuto riprogettare la versione ESTEC per poter avere l’ossigeno disponibile per misurare. Il team di laboratorio è stato molto utile per installarlo e operare in sicurezza“.

Immagine microscopica di moulust simulant
Credit: ESA

Altre applicazioni

L’impianto di ossigeno funziona silenziosamente, per ora l’ossigeno prodotto nel processo viene scaricato in un tubo di scarico, 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 da loro e che tipo di applicazioni potrebbero avere.

Simulante Moondust in fase di estrazione di ossigeno
Credit: ESA

Potrebbero essere stampati in 3D, 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” in grado di funzionare in modo sostenibile sulla Luna, con la prima dimostrazione tecnologica mirata per la metà del 2020.  

Analizzare i risultati
Credit: ESA

L’ESA e la NASA stanno tornando sulla Luna con missioni con equipaggio, questa volta con lo scopo 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“.

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