Évezredekre elegendő oxigént rejthet a Hold

Szerződést kötött a NASA és az Ausztrál Űrügynökség, az ASA, melynek értelmében utóbbi biztosít az amerikai Artemis-programhoz egy rovert, amely oxigén kutatásával foglalkozik majd a Hold felszínén. Feladata szerint kőzetmintákat gyűjt majd a holdi felszínt fedő anyagból, amely választ adhat az évtizedes kérdésre: miként termeljen oxigént az ember a Holdon?

A Holdnak van atmoszférája, ám ez a földihez képest nagyon vékony, és összetételében is különbözik bolygónkétól. A Hold légköre hidrogénből, neonból, illetve argonból áll, szemben a Föld nitrogén, oxigén, argon és nemesgázok alkotta atmoszférájával. Egyértelmű, hogy égi kísérőnk légköre nem olyan gázkeverék, amely alkalmas oxigénfüggő élet fenntartására.

Ugyanakkor a Holdon van oxigén, ráadásul nem is kevés. Csupán nem gáz-, hanem szilárd halmazállapotban, a holdi felszínt borító regolit nevű anyagban. Az aszteroidák által formált holdi felszínen a regolit évmilliók alatt sem változott, hiszen nem indultak be rajta biológiai folyamatok, nem keletkezett belőle talaj, ahogy az bolygónkon történt. Így olyan, a Földön is fellelhető anyagok, mint például a szilícium-dioxid, az alumínium-oxid, valamint a vas- és magnézium-oxid érintetlen formában megtalálhatók benne.

Azt már 2019-ben sikerült megállapítani, hogy

Ezeket a kötéseket a Glasgow-i Egyetem kutatói által prezentált tanulmány szerint elektrolízissel fel lehetne bontani. A folyamat nem különbözne sokban attól, amit az alumínium előállításához használunk: elektródon keresztül elektromos áramot vezetünk keresztül folyékony alumínium-oxidon, az anyag pedig úgy reagál, hogy az alumínium elválik az oxigéntől. Ebben a helyzetben az oxigén csak melléktermék, a Holdon viszont a regolitból kiváló fémes anyag lenne az.

Korábban is voltak már kísérletek az oxigén kinyerésére a holdi regolitból, például a vas-oxidok kémiai redukciója hidrogén vagy metán segítségével víz előállítására, majd ezt követően elektrolízissel a hidrogén vagy metán elválasztására az oxigéntől.

Az eddigi legjobb megoldás a Glasgow-i Egyetem kutatóié, akik sóolvadékos elektrolízissel választanák ki az oxigént a regolitból. Módszerük jóval kevesebb energiát igényel és nagyobb hatásfokkal bír, mint a korábbi próbálkozások: a porállapotú regolitot hálós edénybe helyezik, amelyben elektrolitként kalcium-kloridból készült sóolvadék van. Az egészet felhevítik 950 fokra, amelyen a regolit még szilárd marad. Ha elérték a kívánt hőfokot, áramot vezetnek bele, aminek hatására az oxigén kiválik a regolitból, és a sóolvadékon keresztül az anódon át ki tudják vonni. A tesztek alapján a regolitban található oxigén 75 százalékát lehet kinyerni 15 óra alatt, de ha a folyamatot ötven órán keresztül végzik, a hatásfok még magasabb, a lekötött oxigén 96 százaléka kinyerhető.

A probléma azonban a módszerrel az, hogy rendkívül energiaigényes. Ahhoz, hogy a Holdon megvalósítható legyen, először is ki kell fejleszteni olyan ipari berendezést, amely képes az ottani körülmények között megbízható működésre, másrészt üzemeltetéséhez találni kell egy hosszú ideig nagy energiát leadni képes, fenntartható forrást, például a napenergiát. A belga Space Applications Services ehhez három kísérleti reaktort fejleszt, amelyeket az eredeti tervek szerint 2025-ben küldenének fel a Holdra az Európai Űrügynökség (ESA) vizet és oxigént előállító ISRU-missziója részeként; de a NASA Artemis-programjának emberes repüléseinek várható csúszása miatt a 2025-ös dátum egyáltalán nem biztos.

Abban az esetben, ha sikerül a megfelelő eszközt kifejleszteni és eljuttatni a Holdra, ott pedig kellő energiával ellátni, több ezer évre elegendő oxigént termelhet ki az ember a holdi regolitból. Minden köbméter regolit 1,4 tonnányi ásványi anyagot tartalmaz, amelyben 630 kilogramm oxigén van John Grant, az ausztrál Southern Cross University talajkutatójának a The Conversation című folyóiratban megjelent cikke szerint. A NASA szerint egy embernek 800 gramm oxigénre van szüksége egy nap alatt ahhoz, hogy túléljen az űrben. Ez alapján 

Ha feltételezzük, hogy a Hold felszínének felső tíz métere regolit, amiből ki tudjuk nyerni az összes oxigént, az azt jelentené, hogy a Föld mostani lakosságának százezer évre elegendő jutna a gázból. Bár ez a számítás csak akkor igaz, ha a legnagyobb hatékonyság mellett nyernénk ki, és kizárólag az életben maradáshoz használnánk fel az oxigént, ami, valljuk be, elég valószínűtlen szituáció.

Az Európai Űrügynökség holdstratégiájáért felelős vezetője, James Carpenter szerint törekedni kell arra, hogy minél hamarabb megoldást találjanak a Holdon történő oxigén-előállításra. A gázzal ugyanis lehetősége lenne az égitestet kolonizáló űrhajósoknak a létfenntartás biztosítására, de használhatnák például üzemanyagként is. A tervek szerint 2023-ban induló VIPER szonda is a kolonizáció előkészítéséhez kutat majd a Holdon, az űrszonda a Noblie-kráteren, az égitest déli pólusának közelében keres majd fagyott vizet.