تحلیل علمی و کامل فناوری الکترولیز نمک مذاب و کاربردهای آن در آینده سکونت انسان در ماه
چرا استخراج اکسیژن از ماه اهمیت دارد؟
ماه محیطی خشک، بدون جو و سرشار از خاک ریزدانهای به نام رگولیت (Lunar Regolith) است.
اگرچه این قمر فاقد اکسیژن آزاد قابل تنفس است، اما پژوهشهای جدید نشان میدهد بین ۴۰ تا ۴۵ درصد وزن رگولیت ماه را اکسیژن تشکیل میدهد. اکسیژنی که در ساختار اکسیدهای معدنی گیر افتاده و آزاد نیست.
استخراج این اکسیژن میتواند:
- نیاز به حمل کپسولهای سنگین اکسیژن از زمین را حذف کند.
- امکان ایجاد پایگاههای انسانی و صنعتی را فراهم کند.
- سوخت فضاپیماها و منابع حیات را در محل تأمین نماید.
- زیرساخت تولید فلزات در ماه را ممکن سازد.
در این مقاله، فناوری نوین استخراج اکسیژن از خاک ماه و اهمیت آن را بررسی میکنیم.
📌 بیشتر بخوانید: اکسیژن مایع چیست و چه کاربردی دارد؟
فراوانی اکسیژن در رگولیت ماه؛ گنج پنهان در خاک خشک
با وجود سطح بیجان و خاکستری ماه، رگولیت آن ترکیباتی شامل:
- اکسید آهن (FeO)
- اکسید سیلیکون (SiO₂)
- اکسید کلسیم (CaO)
- اکسید منیزیم (MgO)
دارد که در ساختارشان مقدار قابل توجهی اکسیژن شیمیایی ذخیره شده است.
نکته مهم:
اکسیژن بهصورت مولکولی O₂ وجود ندارد، بلکه در شبکه معدنی این اکسیدها بهصورت پیوندی قرار دارد.
بنابراین آزادسازی آن به فناوریهای پیشرفته نیاز دارد.
📌 بیشتر بخوانید: مقایسه انواع گازهای صنعتی | بررسی تخصصی اکسیژن، نیتروژن، آرگون و هلیوم برای کاربردهای پزشکی و صنعتی
چرا دانشمندان از شبیهساز رگولیت استفاده میکنند؟
نمونههای واقعی رگولیت که از مأموریتهای آپولو به زمین آورده شدهاند بسیار محدود و ارزشمند هستند.
بنابراین پژوهشگران از «شبیهساز خاک ماه» استفاده میکنند، نمونههایی که:
- از نظر شیمیایی بسیار شبیه رگولیت واقعی هستند.
- امکان انجام آزمایشهای گسترده و تخریبی را فراهم میکنند.
این مرحله برای توسعه فناوری استخراج اکسیژن حیاتی است.
نگاهی به روشهای پیشین استخراج اکسیژن—چرا ناکارآمد بودند؟
چند روش قبلی شامل:
۱. کاهش شیمیایی اکسیدهای آهن با هیدروژن
محصول: آب → سپس اکسیژن از الکترولیز آب استخراج میشد.
۲. استفاده از متان بهجای هیدروژن
مشابه روش بالا اما پیچیدهتر.
مشکلات جدی روشهای قبلی:
- نیاز به دمای بسیار بالا (تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد)
- ذوب شدن رگولیت
- بازده کم
- مصرف انرژی بسیار بالا
- تولید محصولات جانبی نامناسب
به همین دلیل این روشها عملی و اقتصادی نبودند.
📌 بیشتر بخوانید: خزه؛ سازندگان نخستین اکسیژن پایدار و معماران زیستپذیری زمین
روش جدید: الکترولیز نمک مذاب (Molten Salt Electrolysis)
نقطه عطفی در فناوری استخراج منابع از خاک ماه
تیم پژوهشی به سرپرستی بت لومکس از دانشگاه گلاسگو، روش انقلابی «الکترولیز نمک مذاب» را معرفی کرد.
مراحل فرآیند بهصورت دقیق:
۱. قرار دادن رگولیت شبیهسازیشده در یک سبد توری
این توری از تماس مستقیم با الکترولیت جلوگیری میکند.
۲. افزودن کلرید کلسیم (CaCl₂)
این ماده در نقش:
- الکترولیت
- انتقالدهنده یونها
- جلوگیری از ذوب رگولیت
عمل میکند.
۳. گرمکردن تا حدود ۹۵۰ درجه سانتیگراد
دمایی که:
- رگولیت را ذوب نمیکند
- الکترولیت را فعال میکند
۴. اعمال جریان الکتریکی
در این مرحله:
- یونهای اکسیژن آزاد میشوند
- به سمت آند حرکت میکنند
- اکسیژن مولکولی O₂ تولید و جمعآوری میشود
این فرایند «پودر به پودر» اولین نمونه موفق استخراج اکسیژن از رگولیت بدون ذوب ماده است.
نتایج خیرهکننده آزمایش
در آزمایش ۵۰ ساعته:
✔ ۹۶٪ کل اکسیژن موجود استخراج شد.
✔ ۷۵٪ اکسیژن در ۱۵ ساعت اول آزاد شد.
✔ بخش قابل توجهی از اکسیژن در گاز خروجی قابل جمعآوری بود.
این میزان بازده، بهترین رکورد علمی در جهان است.
تولید همزمان فلزات، گنج پنهان دوم
یکی از مهمترین مزایای روش الکترولیز نمک مذاب این است که علاوه بر اکسیژن، فلزات موجود در رگولیت نیز استخراج میشوند.
فلزات و آلیاژهای تولید شده شامل:
- آلیاژهای آهن – آلومینیوم
- آلیاژهای آهن – سیلیکون
- آلیاژهای کلسیم – سیلیکون – آلومینیوم
این مواد میتوانند در:
- ساخت تجهیزات
- چاپ سهبعدی فلزی
- ساخت سازههای اولیه پایگاه ماه
- توسعه صنعت در محل
استفاده شوند.
این اولین فناوری است که اکسیژن + فلز قابل استفاده را همزمان از خاک ماه تولید میکند.
چرا این فناوری برای آینده سکونت انسان در ماه حیاتی است؟
۱. تأمین اکسیژن برای تنفس انسان
اکسیژن مصرفی فضانوردان دیگر نیازی به حمل از زمین ندارد.
۲. تولید سوخت موشکی
اکسیژن جزء اصلی سوخت موشکهاست (LOX).
۳. تولید فلزات برای ساخت سازههای پایگاهی
ساخت و ساز در ماه بدون ارسال مصالح از زمین ممکن میشود.
۴. کاهش هزینههای میلیاردی حمل بار فضایی
هر کیلوگرم بار به ماه میلیاردها تومان هزینه دارد.
۵. امکان مأموریتهای طولانیتر به مریخ
ماه میتواند «ایستگاه تولید سوخت» شود.
جمعبندی: آینده استخراج اکسیژن در ماه روشنتر از همیشه
تحقیقات نشان میدهد که روش جدید الکترولیز نمک مذاب:
- پربازدهترین فناوری استخراج اکسیژن از رگولیت ماه
- نخستین فناوری قابل اتکا برای سکونت انسان در ماه
- اولین روش برای تولید همزمان اکسیژن + فلزات آلیاژی
- راهکاری عملی برای توسعه پایگاههای دائمی در ماه
است.
این پژوهش که در مجله Planetary and Space Science منتشر شده، یکی از مهمترین پیشرفتها در حوزه بهرهبرداری از منابع فرازمینی به شمار میرود.
ارتباط این کشف با صنایع گاز در زمین
گرچه این فناوری برای ماه طراحی شده، اما میتواند:
- الهامبخش روشهای جدید تولید و ذخیرهسازی اکسیژن
- کاهش هزینه تولید گازهای صنعتی
- توسعه روشهای الکترولیز با انرژی کمتر
- بهبود فناوریهای بازیابی گازها از مواد معدنی
در زمین باشد.
برای شرکتهایی مانند پارسیاگاز، این دستاوردها چشمانداز سرمایهگذاری در فناوریهای آینده را روشنتر میکند.
📌 بیشتر بخوانید: کاربرد گاز هلیوم در پزشکی و آزمایشگاهها
پارسیاگاز؛ تأمینکننده تخصصی اکسیژن و گازهای صنعتی
پارسیاگاز آماده تأمین:
- اکسیژن صنعتی
- اکسیژن مایع
- نیتروژن، آرگون
- گازهای آزمایشگاهی
- تجهیزات تولید و ذخیرهسازی گاز
برای صنایع مختلف است.
برای دریافت مشاوره تخصصی یا ثبت سفارش، همین حالا با پارسیاگاز تماس بگیرید.
