استخراج اکسیژن از خاک کره‌ی ماه (رگولیت)

کره‌ی ماه یکی از مکان‌های غیرقابل پذیرش برای انسان است، در این کره همه جا خشک و غبارآلود بوده و هیچ اتمسفری برای نفس کشیدن موجود نیست؛ اما به این معنا نیست که در آن‌جا اکسیژن وجود ندارد در واقع یکی از منابع در دسترس برای استخراج این عنصر حیاتی رگولیت است.

مواد تشکیل دهنده‌ی خاک موجود در کره‌ی ماه

سطح رویی خاک و قلوه‌‌سنگ‌‌ها مملو از اکسیژن بوده و اکنون دانشمندان کشف کرده‌اند که چگونه اکسیژن را از آن‌ها جداکنند، البته این فرآیند مواد زائد تولید نمی‌کند.

از یک طرف، شما دسته‌ای از اکسیژن و از سوی دیگر، یک دسته از آلیاژهای فلزی دریافت می‌کنید که هر دوی آن‌ها برای ساخت پایگاه یا سکونت در ماه برای آینده بسیار مفید خواهند بود.

به لطف نمونه‌های به‌دست آمده از خاک سطح ماه که از ماموریت‌های قبلی بازگردانده شده‌اند، می‌دانیم که اکسیژن در آنجا به وفور یافت می‌شود، درواقع بین 40 تا 45 درصد وزن خاک موجود در ماه را اکسیژن تشکیل می‌دهد و تا حد زیادی فراوان‌ترین جزء وزنی تشکیل دهنده عناصر ماه، خاک می‌باشد.

 اما یک مشکل بزرگ وجود دارد؛ بت لوماکس شیمیدان اسکاتلندی از دانشگاه گلاسکو می‌گوید: «این اکسیژن منبع بسیار ارزشمندی است، اما به صورت ترکیب شیمیایی در سایر مواد وجود دارد، بنابراین برای استفاده مستقیم در دسترس نیست.»

خاک ماه قبل و بعد از استخراج اکسیژن

این نمونه‌ها برای آزمایش مستقیم بسیار ارزشمند هستند و داشتن آن‌ها به این معنی است که می‌توانیم با استفاده از مواد روی زمین آن‌ها را بازسازی کنیم؛ این خاک بازسازی شده، خاک شبیه‌ساز ماه نامیده می‌شود و لوماکس و تیمش از آن برای تحقیقات خود استفاده کردند.

روش‌های استخراج اکسیژن از خاک ماه

اکثر تلاش‌ها برای استخراج اکسیژن از خاک ماه انجام شد، مانند کاهش شیمیایی اکسیدهای آهن با استفاده از هیدروژن برای تولید آب، سپس در مرحله بعد آب تولید شده باید الکترولیز می‌شد تا اکسیژن از هیدوژن جداسازی شود و یا فرآیندی مشابه با متان به جای هیدروژن پیشنهاد شده بود.

اما این تکنیک‌ها با بازدهی کم و پیچیدگی بیش از حد، بسیار گرم بودند و به دماهای بسیار شدیدی نیاز داشتند که خاک ماه طی عملیاتی ذوب شود.

لوماکس و همکارانش مرحله کاهش شیمیایی را نادیده گرفتند و مستقیماً به سراغ الکترولیز خاک ماه رفتند.

لوماکس توضیح داد: “این پردازش با استفاده از روشی به نام الکترولیز نمک مذاب انجام شد و اولین نمونه از پردازش مستقیم پودر به پودر شبیه‌ساز روی خاک ماه است که می‌تواند تقریباً تمام اکسیژن را استخراج کند.”

در روش‌های جایگزین استخراج اکسیژن از ماه که نیاز به ذوب خاک ماه با دمای بیش از 1600 درجه سلسیوس (2900 فارنهایت) دارند بازدهی بسیار کمتری هم دارند.

اما در روش الکترولیز ابتدا خاک ماه را در یک سبد مشبک قرار می‌دهند، سپس کلسیم کلرید را به عنوان الکترولیت اضافه می‌کنند و مخلوط به‌دست آمده را تا حدود 950 درجه سلسیوس گرم می‌کنند (دمایی که خاک ماه را ذوب نمی‌کند). سپس یک جریان الکتریکی اعمال می‌شود که این اکسیژن را استخراج کرده و نمک را به آند منتقل می‌کند، جایی که به راحتی می‌توان آن را خارج کرد.

فرآیند استخراج اکسیژن از خاک ماه

حدود 50 ساعت طول کشید تا 96 درصد از اکسیژن موجود در نمونه خاک ماه استخراج شود، اما 75 درصد از اکسیژن در 15 ساعت اول برداشته شد. تقریباً یک سوم کل اکسیژن موجود در نمونه به صورت گاز جمع آوری و مابقی از آن خارج می‌شود، اما همین میزان استخراج یک پیشرفت بزرگ در مقایسه با تکنیک‌های قبلی است؛ علاوه بر این، فلز باقی‌مانده نیز قابل استفاده است.

محققان در مقاله خود نوشتند: «این اولین نمایش موفقیت‌آمیز پردازش شبیه‌سازی خاک ماه پودر به پودر است که آلیاژهای فلزی را به عنوان محصول تولید می‌کند.

علاوه بر این، جداسازی واضح فازهای آلیاژی مختلف و کاهش ظاهری سایر اجزای فلزی، پتانسیل هیجان‌انگیزی را برای جداسازی فلز آلیاژ و پالایش از خاک ماه بدون استفاده معرفی می‌کند.

سه گروه آلیاژی اصلی در محصول جانبی وجود داشت که گاهی اوقات با مقادیر کمی از فلزات دیگر مخلوط می‌شد: آهن-آلومینیوم، آهن-سیلیکون و کلسیم-سیلیکون-آلومینیوم.

این کشف به این معنی است که این روش همچنان می‌تواند ارزشمند باشد، حتی اگر معلوم شود که می‌توان اکسیژن را از ذخایر یخ روی ماه استخراج کرد.

جیمز کارپنتر، افسر استراتژی ماه ESA گفت: این فرآیند به ساکنان ماه امکان دسترسی به اکسیژن برای سوخت و پشتیبانی حیات و همچنین طیف گسترده‌ای از آلیاژهای فلزی برای تولید در محل را می‌دهد.

منبع : www.sciencealert.com

شرکت پارسیا گاز آسیا فراز در سال ۱۳۹۰ با هدف تولید و توزیع نیتروژن، اکسیژن، آرگون به صورت مایع و گاز و گازهای ترکیبی با خلوص آزمایشگاهی در استان تهران تاسیس گردید.

تمامی حقوق محتوا و طراحی ها برای شرکت پارسیا گاز محفوظ می‌باشد.