Muitas vezes, é melhor desenvolver tecnologias completamente na superfície da Terra antes que elas sejam usadas no espaço. Isso é duplamente verdadeiro se essa tecnologia for parte da infraestrutura crítica que mantém os astronautas vivos na Lua. Como essa infraestrutura, sem dúvida, usará recursos in situ — conhecidos como utilização de recursos in situ (ISRU) — desenvolver bancos de teste aqui na Terra para esses processos ISRU é essencial para reduzir os riscos das tecnologias antes que elas sejam usadas em uma missão. Esse é o plano com um banco de teste projetado por pesquisadores do Centro Aeroespacial Alemão em Bremen — eles o projetaram para melhorar o quão bem coletamos água e oxigênio do regolito lunar. Infelizmente, como seu trabalho descrito em um artigo recente demonstra, será um desafio fazê-lo.
Água e oxigênio são dois componentes críticos de qualquer plano de exploração lunar de longo prazo. Uma das melhores fontes para isso na Lua, além do gelo de água que pode estar disponível apenas em locais específicos, é um mineral chamado ilmenita. A ilmenita é uma combinação de ferro, titânio e oxigênio — FeTiO3. É também o material mais acessível para dividir em suas partes usando uma reação química de energia relativamente baixa com hidrogênio elementar como matéria-prima.
Após reduzir a ilmenita com hidrogênio, os elementos resultantes são ferro (útil para materiais de construção), dióxido de titânio (útil para revestimentos ópticos) e água (útil para muitas coisas). Um passo adiante poderia reduzir a água a oxigênio (novamente, útil para muitas coisas, incluindo a respiração) e hidrogênio, que pode ser reciclado de volta para o sistema de matéria-prima para a próxima rodada de processamento. Então, no final, se você tem ilmenita, você tem acesso a materiais de construção baratos, combustível de foguete e gás para respirar.
Crédito – Christian George
Infelizmente, a ilmenita não é particularmente comum na superfície lunar. Embora seja um tanto abundante nas regiões de mares, é muito menos nas terras altas onde os primeiros postos avançados lunares permanentes estão planejados. Então, os exploradores precisarão de uma solução tecnológica para encontrar mais ilmenita – ou pelo menos concentrá-la em níveis onde submetê-la ao processo de redução seria energeticamente eficiente.
É aí que entra o beneficiamento. É o processo de separar materiais valiosos, como a ilmenita, do “palha” que compõe a maior parte do regolito lunar – o recurso mais facilmente acessível na Lua. Dada a falta de regolito lunar prontamente disponível, os pesquisadores usaram um simulador de regolito ao colocar seu banco de testes à prova. Esse banco de testes consiste em três máquinas para três processos principais: beneficiamento gravitacional, magnético e eletrostático, e o artigo entra em detalhes sobre cada um deles.
Antes de qualquer teste, os simuladores de regolito foram secos por mais de 48 horas a uma temperatura de 80 C. Depois, eles foram armazenados em um recipiente selado para evitar que qualquer umidade adicional entrasse no sistema.
O processo gravitacional usa um alimentador, que é alimentado com 300g de simulador seco para cada teste, e uma peneira, que separa partículas com mais de 200 micrômetros de tamanho. Estudos de amostras coletadas por astronautas da Apollo mostraram que a maioria dos grãos de ilmenita variava de cerca de 45-75 micrômetros, então a maior parte da ilmenita deve passar por esse estágio. Ao mesmo tempo, partículas maiores que poderiam prejudicar o desempenho do resto do sistema são eliminadas.
O próximo é o separador magnético – a ilmenita é fracamente magnética devido ao seu conteúdo de ferro e, como tal, pode ser separada de material não magnético de densidade similar ao submetê-lo a um campo magnético. O campo magnético é direcionado de tal forma que empurraria as partículas de ilmenita para fora de uma linha reta ao cair, direcionando-as para um funil diferente. Materiais não magnéticos de tamanho similar cairiam diretamente para baixo e seriam filtrados pelo sistema.
Finalmente, as partículas magnéticas restantes são submetidas a campos elétricos massivos usando um separador de placas paralelas eletrostáticas. Normalmente usados na indústria de petróleo e gás, esses dispositivos introduzem um campo elétrico gigantesco que suspende algumas partículas, retardando sua descida e tornando possível separar materiais com propriedades elétricas específicas. Caracterizar a maneira mais eficaz de utilizar essa etapa foi um ponto focal importante do estudo.
Crédito – Canal do YouTube de Isaac Arthur
Depois de toda essa peneiração e classificação, idealmente, os usuários acabariam com toda a ilmenita na amostra e nada mais, mas isso não acontece na prática. Realisticamente, parte da ilmenita presente na amostra seria perdida como parte do processo de filtragem, e algumas partículas não ilmenitas seguem seu caminho até o ponto de coleta final, apesar de todos os vários métodos para se livrar delas.
Neste experimento, a mistura final tinha cerca de 12% de ilmenita em peso, em comparação com 2,55% antes de ser beneficiada. O sistema também recuperou cerca de 32% da ilmenita total disponível na amostra, e levou cerca de meia hora para executar uma amostra completa de 300g através do leito de teste. Outras iterações podem melhorar todos esses números – é para isso que existem os leitos de teste. Esta é apenas uma das inúmeras etapas que precisam acontecer para finalmente fazer uso de alguns dos recursos mais valiosos da Lua. Quanto mais rápido pudermos, melhor.
Saber mais:
Kulkarni et al. – Otimizando o beneficiamento do regolito lunar para enriquecimento de ilmenita
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UT – Quer construir estruturas na Lua? Basta explodir o regolito com micro-ondas
UT – Deve ser possível cultivar na Lua
Imagem principal:
Imagem da máquina de teste.
Crédito – Kulkarni et al.
