Zuurstof uit maanstof
Onderzoekers Beth Lomax en Alexandre Meurisse van het European Space Research and Technology Centre (ESTEC) in Noordwijk hebben een proefinstallatie gebouwd die zuurstof kan maken uit maanstof. Het uiteindelijke doel is een fabriekje op de maan dat zuurstof maakt voor toekomstige kolonisten. Ook kan de zuurstof eventueel een grondstof worden voor raketbrandstof.
Zuurstof maken uit maanstof – dat officieel regoliet heet – is minder vreemd dan het klinkt: het materiaal bestaat in gewicht voor 40 tot 45 % uit zuurstof. We weten dat omdat astronauten bij de maanlandingen rond 1970 kleine hoeveelheden regoliet mee terug naar de aarde brachten. Dat maanstof is na voorzichtig chemisch onderzoek veilig achter slot en grendel gezet, maar Lomax en Meurisse kunnen werken met een nagemaakt materiaal dat ongeveer dezelfde chemische samenstelling heeft.
Elektrische geleider
In regoliet is de zuurstof aan metalen gebonden. Er is dus een chemische bewerking nodig om de zuurstof vrij te maken. Daarvoor gebruiken de onderzoekers een techniek die gesmoltenzout-elektrolyse heet. Eerst vermengen ze het fijngemaakte namaak-regoliet met het gesmolten zout calciumchloride – een goede elektrische geleider. Vervolgens verhitten ze het mengsel tot 950 graden Celsius. Bij die temperatuur blijft het regoliet nog steeds een vaste stof.
Dan sturen ze een elektrische stroom door het mengsel. De zuurstof komt daardoor in geïoniseerde vorm uit het regoliet vrij. De negatief geladen zuurstofionen trekken door het vloeibare zout heen richting de positieve elektrische pool. Daar staan ze elektronen af en veranderen in neutrale zuurstofmoleculen. Die moleculen ontsnappen vervolgens in de vorm van een gas, dat kan worden opgevangen.
Bouwmateriaal
de zuurstof.
Als ook het gesmolten zout wordt afgevoerd, blijft er een legering van uiteenlopende metaalsoorten over. Volgens de onderzoekers kan ook die legering van pas komen op de maan, als materiaal om constructies van te bouwen. Het winnen van metalen was oorspronkelijk zelfs de motivatie voor het ontwikkelen van het proces. De techniek komt namelijk bij het Britse bedrijf Metalysis vandaan, dat er metalen uit aardse gesteenten mee maakt.
Onderzoeker Lomax heeft haar promotieonderzoek bij Metalysis gedaan en kon daarna bij ESTEC aan de slag om de apparatuur aan te passen voor maandoeleinden. ‘Bij Metalysis is de zuurstof een ongewenst bijproduct, dat in de vorm van kooldioxide en koolmonoxide wordt geloosd’, zegt ze. ‘De reactoren zijn dus niet ontworpen op de aanwezigheid van zuurstofgas.’ Dat betekende dat het ontwerp moest worden aangepast. Veiligheid was daarbij belangrijk, want zuivere zuurstof is een sterk reactief gas.
De huidige installatie is nog echt een laboratoriumopstelling. De onderzoekers zijn de werking nu aan het optimaliseren. ESTEC, het technische hart van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, hoopt over een jaar of vijf een echte proeffabriek te bouwen. Dat zou de bij ESA en NASA levende droom van maankolonisatie een stapje dichter bij realisatie brengen.
Foto boven: Nagemaakte maanstof vóór (links) en na verwijderen van de zuurstof. Let op de metaalglans rechts. Credit: Beth Lomax/University of Glasgow
