月には豊富な酸素とミネラルがあり、宇宙を旅する文明に欠かせないものです。問題は、彼らがレゴリスに閉じ込められていることです。 2つを分離すると、重要なリソースが豊富になりますが、それらを分離するのは難しい問題です。
月のレゴリスは、海域の深さ2メートル（6.5フィート）から高原地帯の深さ20メートル（65フィート）までさまざまです。表面が生物学的および地質学的プロセスの両方によって形作られ、構築されている地球とは異なり、月のレゴリスは、衝撃によって引き起こされた地殻の粉砕され爆破された破片で主に構成されています。酸素とミネラルは、ミネラル酸化物、および衝撃の熱によって作成されたガラス状の粒子に閉じ込められています。
酸素は月のレゴリスの中で最も豊富な元素であり、レゴリスの重量の40〜45％を占めます。科学者たちは何年にもわたってIn Situ Resource Utilization（ISRU）を研究しており、酸素を他の元素から分離して両方を利用する方法を見つけようと試みてきました。通常、これには大きなエネルギーが必要ですが、これは大きな障壁です。
欧州宇宙機関が支援する新しい研究は、それほど多くのエネルギーを必要としない酸素抽出の方法を概説しています。
「この酸素は非常に貴重な資源ですが、ミネラルやガラスの形で酸化物として物質に化学的に結合しているため、すぐに使用することはできません。」 ESAのNetworking and Partnering Initiativeを通じてサポートされ、宇宙アプリケーションの高度な学術研究を活用します。
「この研究は、月のレゴリスからすべての酸素を抽出して利用できるという概念実証を提供し、潜在的に有用な金属副産物を残します」とLomaxはプレスリリースで述べています。
抽出方法は電気分解に依存しており、私たちのほとんどは高校で学びます。しかし、この方法は電解質として溶融塩を使用します。
「処理は溶融塩電解と呼ばれる方法を使用して行われました」とLomaxは言いました。 「これは、実質的にすべての酸素を抽出できる固体の月のレゴリス模擬物質の直接的な粉末から粉末への処理の最初の例です。月面酸素抽出の代替方法では、収率が大幅に低下するか、レゴリスを1600°Cを超える極端な温度で溶融する必要があります。」
この方法は、電解質として溶融塩化カルシウム塩を使用します。シミュレートされたレゴリスはメッシュバスケットに入れられ、すべて950 C（1740 F.）に加熱されます。その温度では、レゴリスは固体のままです。次に、電流が印加され、酸素が抽出され、アノードで収集されます。他の抽出方法では、すべてを1600 C（2900 F）に加熱する必要があり、必要なエネルギーが大幅に増加します。
この方法では、50時間で酸素の96％が抽出されました。しかし、わずか15時間で75％を抽出することができました。月のレゴリスには酸素が豊富に含まれているため、これらの結果は有望に見えます。
「この研究は、ケンブリッジに拠点を置く発明者のイニシャルから、商用金属および合金製造のためにメタリシスと呼ばれる英国の会社によって拡大されたFCCプロセスに基づいています」とLomax氏は述べています。
メタリシスは溶融塩電解法を開発しました。これは、エネルギー消費が少ないためです。分離する材料は液体である必要はないため、必要なエネルギーは少なくて済みます。彼らはまた、彼らのシステムは有毒な副産物を生成しないと主張しています。
「私たちはMetalysisとESAと協力して、この産業プロセスを月面のコンテキストに変換しています。これまでの結果は非常に有望です」とグラスゴー大学のBethのPhD指導者であるMark Symesは述べています。
さまざまなミネラルの利用可能性は、月の場所によって異なります。月の資源のマッピングと探索には多くの作業が必要です。
ESAの月次戦略担当官、James Carpenterは次のようにコメントしています。「このプロセスにより、月の入植者は燃料と生命維持のための酸素にアクセスできるだけでなく、その場で製造するための幅広い金属合金にアクセスできます。彼らが着陸する月。」
SpaceXなどの企業によって開発された再利用可能なロケットにより、地球の重力から物質を輸送するコストが下がりました。しかし、それでもまだ高価です。 1キログラムを月まで運ぶには数万ドルの費用がかかる場合があります。そのコストは、月の前哨基地や植民地の現実的な計画が財政的に莫大な負担になることを意味しています。
燃料と建設のための資源を抽出する方法がなく、月に酸素の供給源がない場合、人間がそこにあらゆる種類の存在を確立できる可能性は低いようです。このような技術の進歩は、宇宙探査の将来において大きな役割を果たすでしょう。
もっと：
- プレスリリース：LUNAR REGOLITHからの酸素と金属
- 研究論文：月のレゴリスからの酸素の抽出と金属合金の製造を同時に行うための電気化学プロセスの実行可能性の証明
- NASA：In Situ Resource Utilization
- スペースマガジン：太陽系からの資源の収穫。その場でのリソース利用
