China en de Verenigde Staten zijn van plan om volgend decennium een bemande maanbasis te bouwen. Maar hoe gaan zij aan water, zuurstof en andere levensnoodzakelijke stoffen komen? Wetenschappers uit China hebben een antwoord op deze vraag.
Het antwoord is best wel simpel: op een bemande maanbasis zullen astronauten gewoon hun eigen water en zuurstof maken uit de grond onder hun voeten. Dat zeggen wetenschappers van de Chinese Nanjing University in een studie in het vakblad Cell Press. Met monsters van de onbemande maanmissie Chang’e-5 ontdekten zij namelijk dat maangrond water kan leveren én koolstofdioxide kan omzetten in stoffen die essentieel zijn voor leven.
Het onderzoeksteam deed de ontdekking door monsters te analyseren en ze te testen op verschillende fototermische processen. Dat betekent simpelweg dat ze de grond verhitten met licht dat lijkt op zonlicht. Ze deden dat in een speciale reactor, waarin ze verschillende temperaturen en drukken konden vergelijken. Een felle lamp van 300 watt speelde de rol van de zon.
Elke kilogram telt
Het resultaat? Er ontstond waterdamp, zuurstof, waterstof of koolstofmonoxide (CO). Dat zijn allemaal bouwstenen voor leven en chemische processen. Water en zuurstof spreken uiteraard voor zich: het zijn de twee belangrijkste stoffen om astronauten in leven te houden. Waterstof en koolmonoxide kunnen gebruikt worden voor de productie van brandstoffen. Het is best mogelijk om deze stoffen mee te nemen naar de maan, maar elke extra kilogram die van de aarde moet worden meegebracht, kost enorm veel (in de ordegrootte van miljoenen euro’s).
Twee voor de prijs van één
De ontdekking is bijzonder, omdat het winnen van water en het omzetten van CO2 naar CO in één keer gebeurt. Door de maangrond te verwarmen tussen 120 en 600 graden Celsius komt er water vrij; dat zagen de onderzoekers aan het gewichtsverlies van de monsters. In de reactor, bij 250 graden en een druk van 0,5 MPa (megapascal, een eenheid voor druk), lukte het tegelijkertijd om CO2 om te zetten in koolstofmonoxide. Per gram maangrond leverde het na drie uur zo’n 30 micromol CO op, omgerekend zo’n 0,84 milligram. Dat lijkt weinig, maar voor gebruik in de ruimte, waar alles gerecycleerd wordt en elke molecule telt, is dat zeker niet niks.
Deze dubbele werking komt door ilmeniet, een mineraal dat van nature in maangrond zit. Ilmeniet werkt als een katalysator, een soort helper die chemische reacties versnelt zonder zelf op te raken. Zonlicht activeert elektronen in ilmeniet, die vervolgens CO2 omzetten in CO en water in zuurstof. Met specifieke tests, waarbij de onderzoekers CO2 en water markeerden, bewezen ze dat deze stoffen echt uit de maangrond kwamen.
Hoe werkt het op de maan?
Dit systeem past perfect bij de maan. Overdag, als de zon schijnt, kan maangrond worden verhit om water en zuurstof te maken. ’s Nachts, als het ijskoud wordt (tot -173 graden Celsius!), kan CO2 uit de adem van astronauten worden opgevangen en bevroren tot droogijs. Dat droogijs kan overdag weer reageren met het gewonnen water. Zo ontstaat een cyclus: zuurstof om te ademen, en CO en waterstof om bijvoorbeeld brandstof mee te maken.
Nog wat hobbels te nemen
Er zijn nog uitdagingen. Hoe bouw je een reactor die goed werkt in de wilde omstandigheden op de Maan? En hoe hou je de temperatuur onder controle? Een dag-nachtcyclus op de maan duurt vier weken: hoe goed zou zo’n systeem dan werken? Dat zijn vragen die nog moeten worden beantwoord. Maar hoewel er dus nog werk aan de winkel is, laat deze studie alvast zien dat het idee werkt en dat het de moeite is om verder onderzoek te doen.
