Vivemos em um mundo no qual decisões importantes são tomadas por pessoas, muitas vezes sem premeditação. Mas algumas coisas são previsíveis, incluindo que, se você consumir continuamente um recurso finito sem reciclar, ele acabará se esgotando.
No entanto, conforme planejamos embarcar de volta à lua, estaremos trazendo conosco todos os nossos maus hábitos, incluindo nosso desejo de consumo desenfreado.
Desde a descoberta de 1994 de gelo de água na lua pela espaçonave Clementine, a excitação reinou com a perspectiva de um retorno à lua. Isso se seguiu a duas décadas de estagnação após o fim de Apollo, um mal-estar que era sintomático de uma falta de incentivo subjacente para retornar.
Essa água mudou tudo. Os depósitos de gelo de água estão localizados nos pólos da lua, escondidos nas profundezas das crateras que estão para sempre desprovidas de luz solar.
Desde então, também devido à Estação Espacial Internacional, desenvolvemos técnicas avançadas que nos permitem reciclar água e oxigênio com alta eficiência. Isso torna o valor do fornecimento de água local para consumo humano mais tênue, mas se a população humana na Lua crescer, haverá demanda. Então, o que fazer com a água na lua?
Existem duas respostas comumente propostas: armazenamento de energia usando células de combustível e combustível e oxidante para propulsão. O primeiro é facilmente dispensável: as células a combustível reciclam seu hidrogênio e oxigênio por meio da eletrólise quando são recarregadas, com pouquíssimo vazamento.
Energia e combustível
A segunda – atualmente a principal razão de ser para a mineração de água na lua – é mais complexa, mas não mais atraente. É importante notar que a SpaceX usa uma mistura de metano / oxigênio em seus foguetes, de modo que eles não precisariam do propelente de hidrogênio.
Então, o que se propõe é extrair um recurso precioso e finito e queimá-lo, assim como temos feito com o petróleo e o gás natural na Terra. A tecnologia de mineração e uso de recursos no espaço tem um nome técnico: utilização de recursos in-situ.
E embora o oxigênio não seja escasso na lua (cerca de 40% dos minerais da lua compreendem oxigênio), o hidrogênio certamente é.
Extraindo água da lua
O hidrogênio é altamente útil como redutor e também como combustível. A lua é um vasto repositório de oxigênio dentro de seus minerais, mas requer hidrogênio ou outro redutor para ser liberado.
Por exemplo, a ilmenita é um óxido de ferro e titânio e é um mineral comum na lua. Aquecê-lo a cerca de 1.000 C com hidrogênio o reduz a água, ferro metálico (do qual uma tecnologia à base de ferro pode ser aproveitada) e óxido de titânio. A água pode ser eletrolisada em hidrogênio – que é reciclado – e oxigênio; o último efetivamente se libertou da ilmenita. Ao queimar o hidrogênio extraído da água, estamos comprometendo as perspectivas para as gerações futuras: esse é o ponto crucial da sustentabilidade.
Mas existem outras questões mais pragmáticas que emergem. Como podemos acessar esses recursos de gelo de água enterrados perto da superfície lunar? Eles estão localizados em um terreno que é hostil em todos os sentidos da palavra, em crateras profundas escondidas da luz solar – nenhuma energia solar está disponível – em temperaturas de cerca de 40 Kelvin, ou -233 C. Nessas temperaturas criogênicas, não temos experiência em conduzindo extensas operações de mineração.
Picos de luz eterna são picos de montanhas localizadas na região do pólo sul que estão expostos à luz solar quase constante. Uma proposta do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA prevê irradiar luz solar de refletores gigantes localizados nesses picos em crateras.
Esses espelhos gigantes devem ser transportados da Terra, pousados nesses picos e instalados e controlados remotamente para iluminar as crateras profundas. Então, os veículos robóticos de mineração podem se aventurar nas crateras profundas agora iluminadas para recuperar o gelo de água usando a energia solar refletida.
O gelo de água pode ser sublimado em vapor para recuperação por aquecimento térmico direto ou por micro-ondas – por causa de sua alta capacidade de calor, isso consumirá muita energia, que deve ser fornecida pelos espelhos. Alternativamente, pode ser fisicamente escavado e posteriormente derretido em temperaturas pouco mais modestas.
Usando a água
Depois de recuperar a água, ela precisa ser eletrolisada em hidrogênio e oxigênio. Para armazená-los, eles devem ser liquefeitos para o volume mínimo do tanque de armazenamento.
Embora o oxigênio possa ser liquefeito facilmente, o hidrogênio se liquefaz a 30 Kelvin (-243 C) a uma pressão mínima de 15 bar. Isso requer energia extra para liquefazer o hidrogênio e mantê-lo na forma líquida sem evaporar. Este hidrogênio e oxigênio resfriados criogenicamente (LH2 / LOX) devem ser transportados para o local de uso, mantendo sua temperatura baixa.
Portanto, agora temos nossos estoques de propelente para lançar coisas da lua.
Isso exigirá uma plataforma de lançamento, que pode estar localizada no equador da lua para máxima flexibilidade de lançamento em qualquer inclinação orbital, já que um local de lançamento polar será limitado a lançamentos polares – apenas para o planejado Portal Lunar. Uma plataforma de lançamento lunar exigirá amplo desenvolvimento de infraestrutura.
Em resumo, a aparente facilidade de extrair gelo de água dos pólos lunares desmente uma infraestrutura complexa necessária para alcançá-lo. Os custos de instalação de infraestrutura negarão a lógica de economia de custos para a utilização de recursos in-situ.
Alternativas para extração
Existem opções mais preferíveis. A redução do hidrogênio da ilmenita para produzir ferro metálico, rutilo e oxigênio fornece a maioria das vantagens de explorar a água. O oxigênio constitui a maior parte da mistura LH2 / LOX. Não envolve uma grande infraestrutura: a energia térmica pode ser gerada por concentradores solares de tamanho modesto integrados às unidades de processamento. Cada unidade pode ser implantada onde for necessária – não há necessidade de longas travessias entre os locais de suprimento e demanda.
Portanto, podemos alcançar quase a mesma função por meio de uma rota diferente e mais facilmente alcançável para a utilização de recursos in-situ que também é sustentável pela mineração abundante de ilmenita e outros minerais lunares.
Não vamos continuar repetindo os mesmos erros insustentáveis que cometemos na Terra – temos a chance de acertar ao nos espalharmos pelo sistema solar.
Publicado em 22/10/2021 21h02
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