Vào tháng 10, Cơ quan Vũ trụ Australia và NASA đã ký một bản thỏa thuận để gửi một tàu thám hiểm do Australia sản xuất lên Mặt trăng theo chương trình thám hiểm Mặt trăng Artemis của NASA, với mục tiêu thu thập các loại đá có khả năng tạo ra ôxy trên Mặt trăng.
Mặc dù Mặt trăng có bầu khí quyển, nhưng rất mỏng và được cấu tạo chủ yếu từ hydro, neon và argon. Đó không phải là hợp chất khí có thể duy trì sự sống cho các động vật có vú phụ thuộc vào ôxy như con người.
Tuy nhiên, các nhà khoa học nói rằng trên Mặt trăng thực sự có rất nhiều ôxy, chỉ là không ở dạng khí. Thay vào đó, nó bị mắc kẹt bên trong regolith - lớp đá và bụi mịn bao phủ bề mặt Mặt trăng. Nếu chúng ta có thể chiết xuất ôxy từ regolith, có khả năng sẽ hỗ trợ được cho cuộc sống của con người trên Mặt trăng.
Trữ lượng ôxy
Ôxy có thể được tìm thấy trong nhiều khoáng chất xung quanh chúng ta trên Trái đất. Trong khi Mặt trăng chủ yếu được tạo ra từ những loại đá giống như trên Trái đất.
Các khoáng chất như silica, nhôm, ôxít sắt và ôxít magiê chiếm phần lớn trên Mặt trăng. Tất cả các khoáng chất này đều chứa ôxy, nhưng không phải ở dạng khí mà phổi của con người có thể hít thở.
Trên Mặt trăng, các khoáng chất này tồn tại ở một số dạng khác nhau bao gồm đá cứng, bụi, sỏi và đá phủ trên bề mặt. Số vật liệu này là kết quả của tác động từ vô số lần thiên thạch đâm vào bề mặt Mặt Trăng trong nhiều thiên niên kỷ.
Một số người gọi lớp bề mặt của mặt trăng là "đất", nhưng một số nhà khoa học nghi ngờ điều này. Đất trong hiểu biết của chúng ta là thứ khá kỳ diệu, và chỉ có trên Trái đất. Nó đã được tạo ra bởi hoạt động trong nhiều triệu năm của một loạt các sinh vật trên ''vật liệu mẹ của đất'' - regolith, có nguồn gốc từ đá cứng.
Kết quả đã tạo ra một ma trận các khoáng chất không có trong đá ban đầu. Đất của Trái đất có các đặc điểm vật lý, hóa học và sinh học đáng chú ý. Trong khi các vật chất trên bề mặt Mặt trăng về cơ bản là ở dạng nguyên sơ.
Quá trình tách ôxy trên Mặt trăng?
Regolith của Mặt trăng được tạo thành từ khoảng 45% ôxy. Nhưng ôxy đó liên kết chặt chẽ với các khoáng chất nói trên. Để phá vỡ những liên kết bền chặt đó, cần rất nhiều nỗ lực.
Và một phương pháp cần được sử dụng đó là điện phân. Lấy ví dụ về quá trình điện phân sử dụng trong lĩnh vực sản xuất nhôm, người ta sẽ cho một dòng điện chạy qua một dạng lỏng của ôxit nhôm (thường được gọi là alumin) thông qua các điện cực, để tách nhôm ra khỏi ôxy.
Trong trường hợp này, ôxy được tạo ra như một sản phẩm phụ. Cũng quá trình này trên Mặt trăng, ôxy sẽ là sản phẩm chính và nhôm (hoặc kim loại khác) được chiết xuất ra sẽ là sản phẩm phụ.
Đó là một quá trình khá đơn giản, nhưng tồn tại một khó khăn: cần rất nhiều năng lượng. Để bền vững, quá trình này cần được hỗ trợ bởi năng lượng mặt trời hoặc các nguồn năng lượng khác có sẵn trên Mặt trăng.
Việc khai thác ôxy từ regolith cũng sẽ yêu cầu thiết bị công nghiệp, nhưng việc di chuyển thiết bị cần cần thiết lên Mặt trăng - và tạo ra đủ năng lượng để vận hành nó - sẽ là một thách thức lớn.
Đầu năm 2021, công ty khởi nghiệp Dịch vụ ứng dụng không gian có trụ sở tại Bỉ thông báo đang xây dựng 3 lò phản ứng thử nghiệm để cải thiện quá trình tạo ôxy bằng phương pháp điện phân. Họ dự kiến sẽ đưa công nghệ lên Mặt trăng vào năm 2025, một phần của sứ mệnh sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA).
Mặt trăng có thể cung cấp bao nhiêu ôxy?
Nếu sứ mệnh thành công, và con người thực sự có thể chiết xuất ra ôxy trên Mặt trăng, câu hỏi đặt ra là Mặt trăng có thể cung cấp được bao nhiêu ôxy?
Nếu chúng ta bỏ qua lượng ôxy có trong vật liệu đá cứng sâu hơn của Mặt trăng, và chỉ xem xét regolith có thể dễ dàng tiếp cận trên bề mặt, chúng ta có thể dễ dàng ước tính.
Mỗi mét khối của Mặt trăng trung bình chứa 1,4 tấn khoáng chất, trong đó có khoảng 630kg ôxy. NASA cho biết con người cần hít thở khoảng 800 gam ôxy mỗi ngày để tồn tại. Vì vậy, 630kg ôxy sẽ giúp cho một người sống được trong khoảng 2 năm hoặc hơn nữa.
Giả sử độ sâu trung bình của regolith trên Mặt trăng là khoảng 10m và chúng ta có thể chiết xuất tất cả ôxy từ đó. Điều đó có nghĩa là 10m trên cùng của bề mặt Mặt trăng sẽ cung cấp đủ ôxy để hỗ trợ toàn bộ 8 tỉ người trên Trái đất trong khoảng 100.000 năm tới. Đây là một con số quá ấn tượng.
Điều này cũng phụ thuộc vào cách chúng ta quản lý hiệu quả để khai thác và sử dụng ôxy trên Mặt trăng.
