Trong kỷ nguyên khám phá vũ trụ, nhân loại đang dành nhiều tâm huyết và nguồn lực để khai thác hiệu quả tài nguyên ngoài Trái Đất. Một phát hiện đầy tiềm năng có thể thay đổi lịch sử, đó là khả năng khai thác oxy từ Mặt Trăng, không phải từ bầu khí quyển mỏng manh mà từ chính lớp đất đá của nó.
Tiềm Năng Khai Thác Oxy từ Mặt Trăng
Tháng 10 năm 2021, Cơ quan Vũ trụ Úc và NASA đã ký kết thỏa thuận đưa một tàu thăm dò do Úc chế tạo lên Mặt Trăng. Nhiệm vụ của tàu là thu thập các mẫu đá Mặt Trăng để xác định loại đá nào có thể cung cấp oxy cho con người sinh sống trên đó. Mặc dù Mặt Trăng có bầu khí quyển, nhưng nó quá mỏng và chủ yếu chứa hydro, neon và argon, không thích hợp cho sự sống của các loài động vật có vú như con người.
Tuy nhiên, lượng oxy trên Mặt Trăng không hề nhỏ, chỉ là nó không tồn tại ở dạng khí mà bị “giam cầm” bên trong lớp regolith – lớp đá và bụi mịn bao phủ bề mặt Mặt Trăng. Nếu chúng ta có thể chiết xuất oxy từ regolith, liệu nó có đủ để hỗ trợ sự sống của con người trên Mặt Trăng?
Oxy trong Lớp Regolith: Tìm Hiểu Cơ Chế
Oxy có mặt trong nhiều khoáng chất xung quanh chúng ta và Mặt Trăng cũng không ngoại lệ. Các khoáng chất như silica, nhôm, oxit sắt và magiê chiếm phần lớn cảnh quan Mặt Trăng. Tất cả các khoáng chất này đều chứa oxy, nhưng không ở dạng mà con người có thể hít thở trực tiếp. Chúng tồn tại ở dạng đá cứng, bụi, sỏi và đá bề mặt, được hình thành do các vụ va chạm thiên thạch trong hàng triệu năm.
Lớp bề mặt này đôi khi được gọi là “đất”, nhưng các nhà khoa học không thực sự sử dụng thuật ngữ này vì đất như chúng ta biết là một cấu trúc phức tạp với các đặc tính hóa học và sinh học độc đáo, được tạo ra bởi các sinh vật trên Trái Đất trong hàng triệu năm. Ngược lại, vật liệu trên bề mặt Mặt Trăng vẫn còn nguyên sơ.
Chiết Xuất Oxy: Quy Trình và Thách Thức
Lớp regolith của Mặt Trăng chứa khoảng 45% oxy, nhưng nó liên kết chặt chẽ với các khoáng chất. Để phá vỡ liên kết này, chúng ta cần sử dụng một quy trình tương tự như điện phân. Trên Trái Đất, điện phân được sử dụng trong sản xuất nhôm: một dòng điện chạy qua nhôm oxit dạng lỏng để tách nhôm khỏi oxy, với oxy là sản phẩm phụ. Trên Mặt Trăng, oxy sẽ là sản phẩm chính, và các kim loại khác có thể được sử dụng làm sản phẩm phụ có giá trị.
Quy trình này khá đơn giản nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng. Để bền vững, nó cần được cung cấp bởi năng lượng mặt trời hoặc các nguồn năng lượng khác có sẵn trên Mặt Trăng. Việc chiết xuất oxy từ regolith cũng đòi hỏi thiết bị công nghiệp lớn. Chúng ta cần chuyển oxit kim loại rắn thành dạng lỏng bằng cách sử dụng nhiệt hoặc kết hợp nhiệt với dung môi hoặc chất điện phân.
Các Dự Án Tiên Phong và Triển Vọng Tương Lai
Đầu năm 2021, startup Space Application Services có trụ sở tại Bỉ đã công bố đang xây dựng ba lò phản ứng thử nghiệm để cải thiện quá trình oxy hóa thông qua điện phân. Họ có kế hoạch đưa công nghệ này lên Mặt Trăng vào năm 2025, trong khuôn khổ sứ mệnh Sử dụng Tài nguyên Tại chỗ (ISRU) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA).
ESA hiện đang chuẩn bị một sứ mệnh lên bề mặt Mặt Trăng để trình diễn các công nghệ cần thiết cho việc sử dụng tài nguyên tại chỗ. Mục tiêu là đến năm 2025, có thể sản xuất nước hoặc oxy trên Mặt Trăng.
Oxy và hydro được sản xuất trên Mặt Trăng không chỉ cung cấp cho phi hành gia mà còn có thể dùng làm nhiên liệu cho các sứ mệnh khám phá sâu hơn trong hệ Mặt Trời, như sao Hỏa. Việc sản xuất oxy tại chỗ là chìa khóa để con người sinh sống lâu dài trên bất kỳ thiên thể nào.
Các hợp kim còn lại sau khi tách oxy có thể được sử dụng để xây dựng căn cứ trên Mặt Trăng hoặc sao Hỏa bằng công nghệ in 3D. Việc ở lại lâu dài trên Mặt Trăng sẽ giảm đáng kể chi phí cho các sứ mệnh khám phá không gian sâu, đặc biệt là nhờ lực hấp dẫn thấp và thiếu bầu khí quyển, giúp các tàu vũ trụ cất cánh dễ dàng hơn.
Tiềm Năng Oxy Khổng Lồ Trên Mặt Trăng
Nếu công nghệ chiết xuất oxy của Trái Đất được triển khai thành công trên Mặt Trăng, đây sẽ là một cuộc cách mạng trong việc khám phá vũ trụ của con người. Vậy, Mặt Trăng có bao nhiêu oxy?
Nếu bỏ qua oxy liên kết trong lớp đá cứng sâu hơn và chỉ xem xét lớp regolith dễ tiếp cận trên bề mặt, chúng ta có thể ước tính rằng mỗi mét khối Mặt Trăng chứa trung bình 1,4 tấn khoáng chất, trong đó có khoảng 630 kg oxy. Theo NASA, một người cần khoảng 800 gram oxy mỗi ngày để tồn tại. Vậy, 630 kg oxy có thể duy trì sự sống của một người trong khoảng 2 năm hoặc hơn.
Nếu độ sâu trung bình của regolith trên Mặt Trăng là khoảng 10 mét và chúng ta có thể chiết xuất toàn bộ oxy từ đó, thì 10 mét lớp bề mặt Mặt Trăng sẽ cung cấp đủ oxy cho toàn bộ 8 tỷ người trên Trái Đất trong 100.000 năm tới. Đây là một con số đáng kinh ngạc, nhưng cũng phụ thuộc vào cách chúng ta quản lý hiệu quả việc khai thác và sử dụng oxy trên Mặt Trăng.
Kết Luận
Khả năng khai thác oxy từ lớp regolith trên Mặt Trăng không chỉ là một bước tiến lớn trong công nghệ mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho khám phá không gian. Với nguồn oxy dồi dào tiềm năng, Mặt Trăng có thể trở thành một trạm dừng chân quan trọng trong các sứ mệnh khám phá vũ trụ sâu hơn và thậm chí là một nơi sinh sống mới cho con người trong tương lai.