Ayudando a los futuros colonos de la Luna, la ESA ha establecido una planta prototipo en su centro técnico de Noordwijk, en los Países Bajos, para estudiar la producción de oxígeno a partir de material de la superficie lunar. Concretamente en el Laboratorio de Materiales y Componentes Eléctricos del Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC).
“Tener nuestra propia instalación nos permite centrarnos en la producción de oxígeno, midiéndola con un espectrómetro de masas a medida que se extrae del simulador de regolito”, dice Beth Lomax, de la Universidad de Glasgow, cuyo trabajo de doctorado está siendo respaldado por la Iniciativa de Redes y Asociaciones de la ESA, aprovechando la investigación académica avanzada para aplicaciones espaciales.
“Ser capaz de adquirir oxígeno de los recursos encontrados en la Luna obviamente sería de gran utilidad para los futuros colonos lunares, tanto para respirar como para la producción local de combustible para cohetes”.
El investigador de la ESA, Alexandre Meurisse, agrega que “y ahora que tenemos la instalación en funcionamiento, podemos analizar cómo ajustarla, por ejemplo, reduciendo la temperatura de funcionamiento, y eventualmente diseñando una versión de este sistema que algún día podría volar a la Luna para ser operado allí”.
Las muestras devueltas de la superficie lunar confirman que el regolito lunar está formado por un 40-45% de oxígeno en peso, su elemento más abundante. Pero este oxígeno está ligado químicamente como óxidos en forma de minerales o vidrio, por lo que no está disponible para su uso inmediato.
La extracción de oxígeno de ESTEC se lleva a cabo utilizando un método llamado electrólisis de sales fundidas, que consiste en colocar el regolito en una canasta de metal con sal de cloruro de calcio fundido para servir como electrolito, calentado a 950° C. A esta temperatura, el regolito permanece sólido.
Pero pasar una corriente a través de él hace que el oxígeno se extraiga del regolito y migre a través de la sal para recolectarse en un ánodo. Como beneficio adicional, este proceso también convierte el regolito en aleaciones metálicas utilizables.
De hecho, este método de electrólisis de sales fundidas fue desarrollado por la empresa británica Metalysis para la producción comercial de metales y aleaciones. El doctorado de Beth Lomax implicó trabajar en la compañía para estudiar el proceso antes de recrearlo en ESTEC.
“En Metalysis, el oxígeno producido por el proceso es un subproducto no deseado y, en cambio, se libera como dióxido de carbono y monóxido de carbono, lo que significa que los reactores no están diseñados para soportar el gas oxígeno en sí“, explica Lomax. “Así que tuvimos que rediseñar la versión ESTEC para poder tener el oxígeno disponible para medir. El equipo de laboratorio fue muy útil para instalarlo y operarlo de manera segura”.
La planta de oxígeno funciona silenciosamente, con el oxígeno producido en el proceso se ventila en un tubo de escape por el momento, pero se almacenará después de futuras actualizaciones del sistema.
“El proceso de producción deja una maraña de metales diferentes“, agrega Alexandre Meurisse. “Y esta es otra línea útil de investigación, para ver cuáles son las aleaciones más útiles que podrían producirse a partir de ellos, y qué tipo de aplicaciones podrían aplicarse”. “¿Podrían imprimirse en 3D directamente, por ejemplo, o requerirían refinación? La combinación precisa de metales dependerá de dónde se obtenga el regolito en la Luna; habría diferencias regionales significativas”.
El objetivo final sería diseñar una “planta piloto” que pudiera operar de manera sostenible en la Luna, con la primera demostración de tecnología dirigida a mediados de la década de 2020.
“La ESA y la Nasa tienen previsto llevar a la Luna misiones tripuladas, esta vez con miras a quedarse”, dice Tommaso Ghidini, jefe de la División de Estructuras, Mecanismos y Materiales de la ESA.
“En consecuencia, estamos cambiando nuestro enfoque de ingeniería hacia un uso sistemático de los recursos lunares in situ. Estamos trabajando con nuestros colegas de la Dirección de Exploración Humana y Robótica, la industria europea y la universidad para proporcionar enfoques científicos de primera clase y tecnologías clave como ésta”. Uno, hacia una presencia humana sostenida en la Luna y quizás algún día a Marte”.
