Rozpuszczalniki, które pomogą zbudować bazy na Księżycu i Marsie
Naukowcy podjęli próbę określenia, które ciekłe rozpuszczalniki mogą w przyszłości pomóc w wydobyciu krytycznych materiałów budowlanych z pyłu skalnego obecnego na Księżycu i Marsie, co jest kluczowym elementem umożliwiającym długoterminowe podróże kosmiczne.
Korzystając z uczenia maszynowego i modelowania obliczeniowego, naukowcy z Washington State University znaleźli około sześciu kandydatów na rozpuszczalniki, które mogą wydobywać materiały z pyłu obecnego na Księżycu i Marsie, nadające się do druku 3D. Silne rozpuszczalniki, zwane cieczami jonowymi, to sole w stanie ciekłym. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie The Journal of Physical Chemistry B.
„Dzięki uczeniu maszynowemu byliśmy w stanie bardzo szybko wybrać wiele cieczy jonowych, a następnie mogliśmy również naukowo zrozumieć najważniejsze czynniki, które decydują o tym, czy rozpuszczalnik jest w stanie rozpuścić materiał, czy nie” – mówi Soumik Banerjee, profesor nadzwyczajnego w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej WSU.
W ramach misji Artemis, NASA chce wysłać ludzi z powrotem na Księżyc, a następnie w głębszą przestrzeń kosmiczną na Marsa i dalej. Aby jednak takie długoterminowe misje były możliwe, astronauci będą musieli korzystać z materiałów i zasobów dostępnych w pozaziemskich środowiskach, wykorzystując druk 3D do tworzenia budulca, narzędzi lub części z podstawowych elementów wydobywanych z księżycowej lub marsjańskiej gleby.
„Wykorzystanie zasobów in situ (przetwarzanie, przechowywanie i wykorzystanie materiałów znalezionych lub wyprodukowanych na innych obiektach astronomicznych) to wielka sprawa dla NASA w ciągu najbliższych kilku dekad. W przeciwnym razie potrzebowalibyśmy bardzo dużej ilości materiałów do przewiezienia z Ziemi” – tłumaczy Banerjee.
Pozyskiwanie tych materiałów budowlanych musi odbywać się w sposób przyjazny dla środowiska i energooszczędny. Metoda wydobywania pierwiastków nie może również wykorzystywać wody, która nie jest dostępna na Księżycu. Rozwiązaniem mogą być ciecze jonowe, które naukowcy badają od ponad dekady pod kątem zastosowania w bateriach.
Testowanie kandydatów na rozpuszczalniki w laboratorium jest kosztowne i czasochłonne, więc naukowcy wykorzystali uczenie maszynowe i modelowanie na poziomie atomów, aby zawęzić liczbę możliwych cieczy jonowych. Szukali tych, które mogłyby trawić materiały księżycowe i marsjańskie oraz wydobywać ważne pierwiastki, takie jak aluminium, magnez i żelazo, regenerować się i być może wytwarzać tlen lub wodę jako produkt uboczny.
Identyfikując nadrzędne cechy, których będą potrzebować rozpuszczalniki, naukowcy byli w stanie znaleźć szczęść z nich. Ważnymi czynnikami, które naukowcy brali pod uwagę były wielkość jonów molekularnych tworzących sole, gęstość ładunku powierzchniowego, czyli ładunek na jednostkę powierzchni jonów, oraz mobilność jonów w cieczach.
Naukowcy przetestowali kilka cieczy jonowych w laboratorium pod kątem ich zdolności do rozpuszczania związków. Mają nadzieję, że w końcu uda im się zbudować reaktor na skalę laboratoryjną lub pilotażową i przetestować dobre rozpuszczalniki z materiałami typu regolitu księżycowego.
Emil Gołoś
