Ingenieurs hebben met succes aangetoond hoe water en zuurstof kunnen worden gewonnen door maangrond te koken, om toekomstige maanbases te ondersteunen. Een laboratoriumdemonstratie, ontwikkeld door een consortium van de Politecnico Milano, het Europees Ruimteagentschap, de Italiaanse ruimtevaartorganisatie en de OHB Group, wordt deze week gepresenteerd op het Europlanet Science Congress (EPSC) 2021.

De set-up maakt gebruik van een proces in twee stappen, bekend in de industriële chemie voor terrestrische toepassingen, dat is aangepast om te werken met een mineraalmengsel dat de maanbodem nabootst. Ongeveer 50% van de maanbodem in alle delen van de maan bestaat uit silicium- of ijzeroxiden, en deze zijn op hun beurt ongeveer 26% zuurstof. Dit betekent dat een systeem dat efficiënt zuurstof uit de bodem haalt, op elke landingsplaats of installatie op de maan zou kunnen werken.

In de proefopstelling is de grondsimulant wordt verdampt in aanwezigheid van waterstof en methaan, vervolgens "gewassen" met waterstofgas. Verwarmd door een oven tot temperaturen van ongeveer 1000 graden Celsius, de mineralen gaan direct van een vaste stof naar een gas, het missen van een gesmolten fase, wat de complexiteit van de benodigde technologie vermindert. De geproduceerde gassen en het resterende methaan worden naar een katalysator en een condensor gestuurd die het water afscheidt. Zuurstof kan dan worden geëxtraheerd door middel van elektrolyse. Bijproducten van methaan en waterstof worden in het systeem gerecycled.

"Onze experimenten laten zien dat de rig schaalbaar is en kan werken in een bijna volledig zelfvoorzienende gesloten lus, zonder menselijke tussenkomst en zonder verstopt te raken, " zei Prof Michèle Lavagna, van de Politecnico Milano, die de experimenten leidde.

Om het proces nauwkeurig te begrijpen en de technologie voor te bereiden die nodig is voor een vliegtest, experimenten zijn uitgevoerd om de temperatuur van de oven te optimaliseren, de lengte en frequentie van de wasfasen, de verhouding van de mengsels van gassen, en de massa van de partijen grondsimulant. Resultaten laten zien dat de opbrengst wordt gemaximaliseerd door de grondsimulant in kleine batches te verwerken, bij de hoogst mogelijke temperaturen en met lange wasfasen.

Het vaste bijproduct is rijk aan silica en metalen die verdere verwerking kunnen ondergaan voor andere bronnen die nuttig zijn voor in-situ verkenning van de maan.

"Het vermogen om ter plaatse efficiënte water- en zuurstofproductiefaciliteiten te hebben, is van fundamenteel belang voor menselijke verkenning en om hoogwaardige wetenschap rechtstreeks op de maan te laten plaatsvinden, " zei Lavagna. "Deze laboratoriumexperimenten hebben ons begrip van elke stap in het proces verdiept. Het is niet het einde van het verhaal, maar het is een heel goed uitgangspunt."