Najważniejsze informacje (kliknij, aby przejść)
Prace nad zasiedleniem ciał niebieskich trwają. Europejska Agencja Kosmiczna i NASA chcą w 2025 r. ponownie wylądować na Księżycu i utworzyć stałą bazę orbitującą wokół satelity Ziemi.
Dlaczego wybieramy się na Księżyc? Powodów jest wiele i większość zapisano na tablicy Mendelejewa. A poza tym chodzi o wyścig energetyczny, wizję katastrofy klimatycznej na Ziemi i fakt wyczerpywania się ziemskich surowców o strategicznym znaczeniu dla rozwoju gospodarki, w tym technologii cyfrowej, energetyki i obronności.
Oczywiście zanim zaczniemy „kopać” w kosmosie, musimy pokonać wiele problemów. Interdyscyplinarny zespół badaczy w składzie: dr inż. Weronika Urbańska z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej, mgr inż. Ewa Borowska z Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych Uniwersytetu Warszawskiego, dr Jakub Ciążela z Instytutu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk i dr hab. Anna Potysz z Instytutu Nauk Geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego – skupili się na jednym z nich: pozyskaniu metali z regolitu (luźnej warstwy minerałów) księżycowego i marsjańskiego.
Cegieł na Księżyc nie wyślemy
Aby eksplorować kosmos, potrzebujemy baz na Księżycu. Transport materiałów na ich budowę będzie jednak zbyt kosztowny i problematyczny. Niezbędne surowce, zdaniem naukowców, lepiej więc pozyskać na miejscu. Wystarczy opracować odpowiednią technologię.
Na szczęście, jak wynika z badań, Ziemia, Mars i Księżyc pod względem geologicznym są bardzo do siebie podobne. Różne są tylko proporcje obecnych pierwiastków i warunki, w jakich można je pozyskać.
Jak to będziemy robić w kosmosie
Zanim zaczniemy pozyskiwać pierwiastki z minerałów, należy oszacować, gdzie są na tyle bogate złoża, aby cała procedura była opłacalna. Tym zajmuje się dr Jakub Ciążela, geolog planetarny, którego spektrometr MIRORES pozwoli wytypować na Księżycu obszary o największym surowcowym potencjale. Warto zaznaczyć, że opracowana przez naukowca koncepcja misji z wykorzystaniem tego instrumentu została wybrana przez Polską Agencję Kosmiczną do polskiej misji księżycowej.
Gdy już znajdziemy najzasobniejsze złoża, będziemy mogli zacząć pozyskiwanie pierwiastków niezbędnych do budowy baz na Księżycu.
Na Ziemi wykorzystuje się w tym celu głównie metody mechaniczne w połączeniu z termicznymi lub chemicznymi. Mimo ich wysokiej efektywności, mają jednak poważne minusy, m.in.:
- zastosowanie ich powoduje powstanie kwaśnych odcieków, które trzeba neutralizować;
- mogą przyczyniać się do nadmiernych emisji zanieczyszczeń;
- powodują znaczne zużycie wody i energii.
Naukowcy z wrocławskiego zespołu opracowali bezpieczną dla środowiska metodę pozyskania pierwiastków z regolitu. Bazuje ona na tzw. bioługowaniu, czyli procesie wykorzystywania mikroorganizmów do przetworzenia i pozyskania metali.
W warunkach ziemskich dr inż. Weronika Urbańska z sukcesem odzyskuje tą metodą metale z odpadów, głównie baterii litowo-jonowych. Wrocławski zespół próbuje więc osiągnąć to samo, ale z zasobów kosmicznych.
Cały proces pozyskiwania surowców jest prosty do wdrożenia w różnych, nawet ekstremalnych, warunkach. A jego dodatkową wartością jest wykluczenie szkodliwych skutków, które pojawiają się w procesach chemicznych i termicznych. To ważne, bo zdaniem dr inż. Weroniki Urbańskiej i mgr inż. Ewy Borowskiej zrównoważone pozyskiwanie lub odzyskiwanie kluczowych metali – nie tylko na Marsie i Księżycu, ale też na Ziemi – będzie miało priorytetowe znaczenie w kontekście gospodarki surowcami.
Na czym polega metoda bioługowania
Głównym założeniem procesu jest pozyskiwanie pierwiastków z zastosowaniem ekstremofili, czyli organizmów odpornych na czynniki ekstremalne dla człowieka i większości organizmów na Ziemi. Proces przebiega w dwóch fazach. Pierwsza wykorzystuje właściwości bakterii, druga mikroglonów.
Nie możemy mówić o wszystkich szczegółach, ponieważ technologia jest wciąż udoskonalana, a po optymalizacji planowane jest także złożenie wniosku patentowego.dr inż. Weronika Urbańska, Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej
Najpierw zespół prowadził badania nad bakteriami, które przeżywają w skrajnie trudnych (dla nas) warunkach. Badaczki, mgr inż. Ewa Borowska i dr hab. Anna Potysz, wybrały odpowiednie mikroby, które są w stanie przetrwać w oparach wulkanicznych, jaskiniach czy głęboko w kopalniach.
Faza „bakteryjna”, jak określa ją mgr inż. Ewa Borowska, na etapie badań przyniosła bardzo zadowalające efekty.
– Badania prowadzimy w laboratoriach, na symulantach regolitu księżycowego i marsjańskiego. Badamy kompozycje różnych mikroorganizmów, poznajemy ich właściwości. Dobieramy też odpowiednie parametry procesów pozyskiwania surowców, tak aby odzysk był możliwie jak najefektywniejszy – wyjaśnia dr inż. Weronika Urbańska.
Teraz badacze udoskonalają drugą fazę procesu, opartą na działaniu mikroglonów. Naukowcy wykorzystują ich właściwość do tworzenia biomasy, która ma zdolność do efektywnej biotransformacji i akumulowania pierwiastków wyekstrahowanych przez bakterie z regolitu.
– To kluczowy etap, ponieważ stosowane do tej pory mikroglony nie dawały aż tak dobrych efektów. Gatunki wykorzystywane przez nasz zespół są efektywniejsze – wyjaśnia mgr inż. Ewa Borowska.
Można powiedzieć, że jesteśmy w tej kwestii pionierami. Biomasa, którą tworzą „nasze” mikroglony, zatrzymuje najwięcej pierwiastków, a ich komórki okazują się niezwykle odporne na wysokie stężenia metali. Teraz skupiamy się na opracowaniu metod selektywnego odzyskiwania „zatrzymanych” pierwiastków.mgr inż. Ewa Borowska, z Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych Uniwersytetu Warszawskiego
Pieśń przyszłości?
Czy te badania mają szansę zostać wykorzystane w przyszłości?
– Czy za mojego życia zaczniemy pozyskiwać na Księżycu lub Marsie pierwiastki opracowaną przez nas metodą, tego nie wiem. Jestem inżynierem środowiska ziemskiego i to jest obszar moich głównych zainteresowań. Niemniej w mojej ocenie kierunek ten ma przyszłość – przyznaje Weronika Urbańska.
- Dzięki rozwojowi technologicznemu możemy eksplorować przestrzeń kosmiczną. W efekcie, być może już w niedługim czasie, będziemy mogli budować bazy kosmiczne służące do celów naukowych, a w przyszłości nawet kolonizować inne planety. Zasoby kosmiczne mogą być dla nas także alternatywnym źródłem cennych surowców krytycznych, w tym metali, których złoża naturalne na Ziemi są nadmiernie eksploatowane.dr inż. Weronika Urbańska, Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej
– Dla mnie najważniejsza jest praca zespołowa i interdyscyplinarne podejście. Dzięki tym elementom jesteśmy w stanie opracowywać innowacyjne technologie w krótkim czasie – mówi mgr inż. Ewa Borowska.
I wszystko wskazuje na to, że geologia kosmiczna ma przyszłość.
W kwietniu 2023 r. ogłoszono skład załogi Artemis II, która w 2024 r. poleci w stronę Księżyca, aby sprawdzić systemy i technologie w warunkach lotu kosmicznego. Kolejnym krokiem będzie lądowanie na Księżycu. Ma to nastąpić w 2025 r. w ramach misji Artemis III. Co dalej? Bazy na Księżycu, eksploatacja odkrytych tam złóż i loty na Marsa. A możne nawet głębiej w przestrzeń kosmiczną? Taką ścieżkę przewiduje ogłoszona w tym roku strategia NASA (NASA’s Moon to Mars Strategy).
