Mặt trăng đã có đủ oxy để nuôi sống 8 tỷ người trong 100.000 năm

Mặt trăng sẽ cung cấp đủ oxy để hỗ trợ tất cả 8 tỷ người trên Trái đất trong khoảng 100.000 năm tới. (Ảnh minh họa: Pixabay)

Vào tháng 10, Cơ quan Vũ trụ Úc và NASA đã ký một thỏa thuận để gửi một tàu thám hiểm do Úc sản xuất lên Mặt trăng theo chương trình Artemis, với mục tiêu thu thập các loại đá mặt trăng cuối cùng có thể cung cấp oxy thở trên Mặt trăng.

Cùng với những tiến bộ trong khám phá không gian, gần đây chúng ta đã thấy nhiều thời gian và tiền bạc được đầu tư vào các công nghệ có thể cho phép sử dụng tài nguyên không gian một cách hiệu quả Và đi đầu trong những nỗ lực này là sự tập trung sắc bén của tia laser vào việc tìm ra cách tốt nhất để sản xuất oxy trên Mặt trăng.

Mặc dù Mặt trăng có bầu khí quyển, nhưng nó rất mỏng và được cấu tạo chủ yếu từ hydro, neon và argon. Nó không phải là loại hỗn hợp khí có thể duy trì các động vật có vú phụ thuộc vào oxy như con người.

Điều đó nói rằng, thực sự có rất nhiều oxy trên Mặt trăng. Nó chỉ là không ở dạng khí. Thay vào đó, nó bị mắc kẹt bên trong 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 không?

Chiều rộng của oxy

Oxy có thể được tìm thấy trong nhiều khoáng chất trong lòng đất xung quanh chúng ta.  Mặt trăng chủ yếu được tạo nên từ những loại đá giống như chúng ta tìm thấy trên Trái đất (mặc dù với một lượng lớn hơn một chút vật chất đến từ thiên thạch).

Các khoáng chất như silica, nhôm, oxit sắt và magie chiếm ưu thế trong cảnh quan của Mặt trăng. Tất cả các khoáng chất này đều chứa oxy, nhưng không phải ở dạng mà phổi của chúng ta có thể tiếp cận.

Trên Mặt Trăng, những khoáng chất này tồn tại ở một số dạng khác nhau bao gồm đá cứng, bụi, sỏi và đá phủ trên bề mặt. Vật liệu này là kết quả của tác động của các thiên thạch đâm vào bề mặt Mặt Trăng trong vô số thiên niên kỷ.

Một số người gọi lớp bề mặt của Mặt trăng là “đất”, nhưng với một nhà khoa học về đất thì họ do dự khi sử dụng thuật ngữ này. Đất như chúng ta biết nó là thứ khá kỳ diệu chỉ xảy ra trên Trái đất. Nó đã được tạo ra bởi một loạt các sinh vật làm việc trên vật liệu mẹ của đất là regolith, có nguồn gốc từ đá cứng trong hàng triệu năm.

Kết quả là tạo ra một ma trận các khoáng chất không có trong đá ban đầu. Đất của Trái đất được thấm nhuần với các đặc điểm vật lý, hóa học và sinh học đáng chú ý. Trong khi đó, các vật chất trên bề mặt Mặt trăng về cơ bản là nguyên sinh ở dạng ban đầu, nguyên sơ.

Trên Mặt Trăng, oxy sẽ là sản phẩm chính và nhôm (hoặc kim loại khác) được chiết xuất sẽ là một sản phẩm phụ có khả năng hữu ích. Trên Mặt Trăng, oxy sẽ là sản phẩm chính và nhôm (hoặc kim loại khác) được chiết xuất sẽ là một sản phẩm phụ có khả năng hữu ích. (Ảnh minh họa: Pixabay)

Một chất đi vào, hai chất đi ra

Lớp đất bề mặt của Mặt trăng được tạo thành từ khoảng 45% oxy . Nhưng oxy đó liên kết chặt chẽ với các khoáng chất nói trên. Để phá vỡ những liên kết bền chặt đó, chúng ta cần phải nỗ lực.

Chúng ta có thể quen với điều này nếu biết về điện phân. Trên Trái đất, quá trình này thường được sử dụng trong sản xuất, chẳng hạn như sản xuất nhôm. Một dòng điện được chạy qua một dạng lỏng của nhôm oxit (thường được gọi là alumin) qua các điện cực, để tách nhôm ra khỏi oxy.

Trong trường hợp này, oxy được tạo ra như một sản phẩm phụ. Trên Mặt Trăng, oxy sẽ là sản phẩm chính và nhôm (hoặc kim loại khác) được chiết xuất sẽ là một sản phẩm phụ có khả năng hữu ích.

Đó là một quá trình khá đơn giản, nhưng có một điểm khó khăn: nó rất đói năng lượng. Để tồn tại trong thời gian lâu, nó cần được hỗ trợ bởi năng lượng mặt trời hoặc các nguồn năng lượng khác có sẵn trên Mặt trăng.

Có nhiều nhà máy tinh luyện alumin (ôxít nhôm) ở Úc, bao gồm cả nhà máy này trong hình ở Gladstone, Queensland. Nhôm được sản xuất trong hai giai đoạn. Trước khi nhôm nguyên chất có thể được sản xuất bằng cách sử dụng điện phân (trong quy trình Hall-Heroult), các nhà máy tinh luyện alumin trước tiên phải tinh chế quặng bauxit trong tự nhiên để chiết xuất alumin (từ đó nhôm nguyên chất sau này được lấy lại. Có nhiều nhà máy tinh luyện alumin (ôxít nhôm) ở Úc, bao gồm cả nhà máy này trong hình ở Gladstone, Queensland. Nhôm được sản xuất trong hai giai đoạn. Trước khi nhôm nguyên chất có thể được sản xuất bằng cách sử dụng điện phân (trong quy trình Hall-Heroult), các nhà máy tinh luyện alumin trước tiên phải tinh chế quặng bauxit trong tự nhiên để chiết xuất alumin (từ đó nhôm nguyên chất sau này được lấy lại. (Ảnh minh họa: Pixabay)

Việc khai thác oxy từ regolith cũng sẽ yêu cầu thiết bị công nghiệp đáng kể. Trước tiên, chúng ta cần chuyển oxit kim loại rắn thành dạng lỏng, bằng cách tác dụng nhiệt, hoặc kết hợp nhiệt với dung môi hoặc chất điện phân. Chúng ta có công nghệ để làm điều này trên Trái đất, nhưng việc di chuyển bộ máy này lên Mặt trăng và tạo ra đủ năng lượng để vận hành nó sẽ là một thách thức lớn.

Đầu năm nay, công ty khởi nghiệp Dịch vụ ứng dụng không gian có trụ sở tại Bỉ thông báo đang xây dựng ba lò phản ứng thử nghiệm để cải thiện quá trình tạo oxy thông qua điện phân. Họ dự kiến ​​sẽ đưa công nghệ 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 .

Mặt trăng có thể cung cấp bao nhiêu oxy?

Điều đó nói lên rằng, khi chúng ta cố gắng rút nó ra, thì Mặt trăng có thể thực sự cung cấp bao nhiêu oxy? 

Nếu chúng ta bỏ qua oxy bị ràng buộc trong vật liệu đá cứng sâu hơn của Mặt trăng và chỉ xem xét regolith có thể dễ dàng tiếp cận trên bề mặt thì chúng ta có thể đưa ra một số ước tính.

Mỗi mét khối của mặt trăng trung bình chứa 1,4 tấn khoáng chất, trong đó có khoảng 630 kg oxy. NASA cho biết con người cần hít thở khoảng 800 gam oxy mỗi ngày để tồn tại. Vì vậy, 630kg oxy sẽ giữ cho một người sống trong khoảng hai năm (hoặc hơn).

Bây giờ, hãy giả sử độ sâu trung bình của regolith trên Mặt trăng là khoảng 10 mét và chúng ta có thể chiết xuất tất cả oxy từ đó. Điều đó có nghĩa là mười mét trên cùng của bề mặt Mặt trăng sẽ cung cấp đủ oxy để hỗ trợ tất cả tám tỷ người trên Trái đất trong khoảng 100.000 năm tới.

Điều này cũng phụ thuộc vào cách chúng ta quản lý hiệu quả để khai thác và sử dụng oxy. Bất kể như thế nào thì con số này là khá tuyệt vời!

Phải nói rằng, chúng ta có oxy trên Trái đất là điều rất tuyệt. Và chúng ta nên làm mọi thứ có thể để bảo vệ hành tinh xanh, đặc biệt là đất của nó  tiếp tục hỗ trợ tất cả sự sống trên cạn mà chúng ta không cần cố gắng.

Ngọc Mai

Related Articles

Responses