Thành công chiết xuất nước và oxy từ bụi đất bằng ánh sáng Mặt Trời

Các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công chiết xuất nước, oxy và metan từ bụi Mặt Trăng chỉ bằng ánh sáng Mặt Trời, mở ra hướng tự chủ tài nguyên cho các sứ mệnh không gian .

Đây là bước tiến mang tính cách mạng trong nỗ lực xây dựng môi trường sống ngoài Trái Đất.

Phát hiện này không chỉ mở ra triển vọng về công nghệ mà còn hứa hẹn thiết lập một chuỗi cung ứng nội tại trên Mặt Trăng, nơi chi phí vận chuyển một gallon nước có thể lên tới 83.000 USD.

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm các nhà khoa học từ Đại học Trung Văn Hồng Kông (Trung Quốc), tập trung vào việc phát triển một quy trình tích hợp một bước.

Theo đó, regolith không chỉ được dùng để chiết xuất nước mà còn đóng vai trò xúc tác phản ứng hóa học với carbon dioxide (CO₂) để tạo ra oxy và metan (CH₄).

Các mẫu đất Mặt Trăng do tàu thăm dò Hằng Nga 5 thu thập (Ảnh: VCG).

Quy trình này hoạt động bằng cách tập trung ánh sáng Mặt Trời để đốt nóng bụi Mặt Trăng lên 200C, giải phóng nước bị “khóa” trong các khoáng vật như ilmenit. Sau đó, khi CO₂ được đưa vào hỗn hợp, ilmenit sẽ hoạt động như một chất xúc tác quang nhiệt, giúp nước phản ứng với CO₂ để tạo thành khí oxy và metan.

Đáng chú ý, metan được xem là loại nhiên liệu tiềm năng lý tưởng hơn so với hydro cho các sứ mệnh vũ trụ, nhờ khả năng duy trì trạng thái lỏng ổn định, giúp việc bảo quản và vận hành trở nên dễ dàng hơn.

Các tổ chức như NASA và các công ty tư nhân như Landspace (Trung Quốc) đã thử nghiệm thành công động cơ dùng metan lỏng. Việc tạo ra metan ngay trên Mặt Trăng có thể giảm đáng kể chi phí tiếp tế từ Trái Đất.

Một ưu điểm nổi bật khác của phương pháp này là tính bản địa. Thay vì phải vận chuyển chất xúc tác từ Trái Đất, quy trình sử dụng chính đất Mặt Trăng, giúp giảm chi phí vận chuyển và tối giản hóa hệ thống kỹ thuật.

Trong bối cảnh các sứ mệnh như Artemis III của NASA dự kiến đưa người trở lại Mặt Trăng vào năm 2027, đây là thời điểm vàng để thử nghiệm thực địa những công nghệ đột phá này.

Thách thức trong vận hành trên Mặt Trăng

Hình ảnh minh họa căn cứ giả định trên Mặt Trăng (Ảnh: ESA).

Mặc dù phương pháp này mang lại tiềm năng lớn, giới chuyên môn vẫn tỏ ra thận trọng. Nhà vật lý hành tinh Philip Metzger từ Đại học Trung Florida lưu ý rằng regolith Mặt Trăng có đặc tính cách nhiệt cao, có thể gây khó khăn cho việc gia nhiệt đồng đều. Đây là yếu tố then chốt để chiết xuất đủ nước trong thời gian ngắn.

Một vấn đề khác nằm ở nguồn carbon dioxide đầu vào. Dù CO₂ là sản phẩm từ hơi thở của phi hành gia, nhưng lượng tạo ra chỉ bằng khoảng 1/10 so với nhu cầu phản ứng. Do đó, cần có hệ thống thu hồi, tái chế CO₂ hiệu quả, hoặc buộc phải vận chuyển CO₂ từ Trái Đất lên, điều này đi ngược lại mục tiêu “tự chủ tài nguyên tại chỗ”.

Ngoài ra, Metzger cũng đặt câu hỏi về hiệu suất xúc tác của regolith Mặt Trăng. Ông đề xuất sử dụng chất xúc tác công nghiệp như Ni/Kieselguhr, có thể mang lại hiệu quả xúc tác tốt hơn, dễ tái sử dụng và có thể vận chuyển một lần duy nhất.

Về lâu dài, đây có thể là phương án kinh tế hơn so với việc sử dụng hàng tấn regolith có hiệu suất thấp.