Какими бы ни были наши планы по освоению Луны – использовать ее для добычи полезных ресурсов, как научную базу, как промежуточную площадку для стартов к более далеким объектам – будущие обитатели лунной базы нуждаются в воздухе для дыхания.
Однако доставлять туда необходимые количества кислорода (который, к тому же, может понадобиться и как компонент ракетного топлива) слишком хлопотно и дорого. По оценке специалистов, отправить килограмм на Луну стоит 100 тыс. долларов. Немудрено, что ученые изыскивают все возможные пути для того, чтобы база могла вырабатывать максимум необходимого прямо на месте.
Поиски технологий для выделения кислорода из лунной породы (реголита) ведутся уже не первый год. В 2005 г. NASA объявило о 250-тысячном вознаграждении для команды, которая найдет способ извлечь хотя бы 5 кг кислорода из симулированного лунного грунта за 8 часов. Победителей не нашлось, и несколько лет спустя сумма приза увеличилась до 1 млн долларов – но и тогда никто не сумел решить задачу.
Лишь недавно кембриджский химик Дерек Фрей (Derek Fray) и его коллеги рапортовали о том, что у них есть потенциальное решение, созданное на основе электрохимического процесса, созданного той же группой в 2000 г. и предназначенного для получения чистого металла и сплавов из оксидов. Металлические оксиды, которые в изобилии встречаются в реголите, используются при этом в качестве катода, а роль анода выполняет углерод. Оба электрода погружаются в раствор электролита (хлорида кальция, который становится жидким примерно при 800 °C).
Ток, текущий через систему, отрывает атомы кислорода от молекул оксида и переводит их в раствор. Обладая отрицательным зарядом, здесь они двигаются к положительному аноду и отдают лишние электроны, реагируя с углеродом и выделяя диоксид углерода (углекислый газ). Разумеется, что при этом анод постепенно деградирует – зато на катоде остается чистый металл.
Задача Фрея и его группы состояла в том, чтобы научиться получать на аноде не углекислый газ, а чистый кислород. Для этого они решили использовать электрод не из углерода, а из куда более инертного вещества – титаната кальция. Сам по себе он является довольно плохим проводником электричества, но если добавить в него немного рутената кальция, эта проблема снимается. Такая смесь позволила ученым получить материал для анода, который хорошо проводит ток и, в общем-то, не подвержен эрозии при использовании в процессе электролиза. После эксперимента, в котором реакция на нем проходила непрерывно 150 часов, они подсчитали, что анод будет даже при непрерывной работе «худеть» на считанные сантиметры в год.
В своих экспериментах ученые использовали симулированный реголит JSC-1, который создан и производится по заказу NASA. И они оценили, что три таких электрохимических «реактора» (каждый примерно метр в высоту) смогут вырабатывать из него тонну кислорода в год. При этом на получение этого количества газа будет уходить 3 тонны реголита – почти 100% содержащегося в нем кислорода переходит в газ.
Не стоит думать, что для нагрева раствора и работы аппарата потребуются огромные запасы энергии. Если использовать эффективную термоизоляцию, тройка реакторов потребует всего 4,5 КВт, что им вполне могут обеспечить установленные тут же солнечные батареи, не говоря уж о ядерном мини-реакторе, который, по некоторым планам, тоже будет установлен на Луне.
Дерек Фрей заявляет, что при необходимом финансировании (ученый называет цифру в 16,5 млн долларов) он готов собрать полноценный прототип устройства с дистанционным управлением
Поиски технологий для выделения кислорода из лунной породы (реголита) ведутся уже не первый год. В 2005 г. NASA объявило о 250-тысячном вознаграждении для команды, которая найдет способ извлечь хотя бы 5 кг кислорода из симулированного лунного грунта за 8 часов. Победителей не нашлось, и несколько лет спустя сумма приза увеличилась до 1 млн долларов – но и тогда никто не сумел решить задачу.
Лишь недавно кембриджский химик Дерек Фрей (Derek Fray) и его коллеги рапортовали о том, что у них есть потенциальное решение, созданное на основе электрохимического процесса, созданного той же группой в 2000 г. и предназначенного для получения чистого металла и сплавов из оксидов. Металлические оксиды, которые в изобилии встречаются в реголите, используются при этом в качестве катода, а роль анода выполняет углерод. Оба электрода погружаются в раствор электролита (хлорида кальция, который становится жидким примерно при 800 °C).
Ток, текущий через систему, отрывает атомы кислорода от молекул оксида и переводит их в раствор. Обладая отрицательным зарядом, здесь они двигаются к положительному аноду и отдают лишние электроны, реагируя с углеродом и выделяя диоксид углерода (углекислый газ). Разумеется, что при этом анод постепенно деградирует – зато на катоде остается чистый металл.
Задача Фрея и его группы состояла в том, чтобы научиться получать на аноде не углекислый газ, а чистый кислород. Для этого они решили использовать электрод не из углерода, а из куда более инертного вещества – титаната кальция. Сам по себе он является довольно плохим проводником электричества, но если добавить в него немного рутената кальция, эта проблема снимается. Такая смесь позволила ученым получить материал для анода, который хорошо проводит ток и, в общем-то, не подвержен эрозии при использовании в процессе электролиза. После эксперимента, в котором реакция на нем проходила непрерывно 150 часов, они подсчитали, что анод будет даже при непрерывной работе «худеть» на считанные сантиметры в год.
В своих экспериментах ученые использовали симулированный реголит JSC-1, который создан и производится по заказу NASA. И они оценили, что три таких электрохимических «реактора» (каждый примерно метр в высоту) смогут вырабатывать из него тонну кислорода в год. При этом на получение этого количества газа будет уходить 3 тонны реголита – почти 100% содержащегося в нем кислорода переходит в газ.
Не стоит думать, что для нагрева раствора и работы аппарата потребуются огромные запасы энергии. Если использовать эффективную термоизоляцию, тройка реакторов потребует всего 4,5 КВт, что им вполне могут обеспечить установленные тут же солнечные батареи, не говоря уж о ядерном мини-реакторе, который, по некоторым планам, тоже будет установлен на Луне.
Дерек Фрей заявляет, что при необходимом финансировании (ученый называет цифру в 16,5 млн долларов) он готов собрать полноценный прототип устройства с дистанционным управлением
Обсуждения Грунт луны. Источник кислорода?