Od dziesięcioleci ludzkość buduje wizje kosmicznych kolonii i podboju odległych terenów w wielkiej pustce. Postęp technologiczny, który osiągają naukowcy może stopniowo ziszczać taki scenariusz. Wśród pionierów technologii kosmicznych nie brakuje też wrocławskich naukowców! Nad czym pracują?
Prace nad kolonizacją innych planet trwają od wielu lat. Europejska Agencja Kosmiczna przy współpracy z NASA planuje w 2025 roku kolejną misję na Księżyc w celu utworzenia stałej bazy orbitującej wokół ziemskiej satelity. Dlaczego wybieramy się na najbliższe nam ciało niebieskie?
Powodów jest bardzo dużo, a większość z nich jest wypisana na tablicy Mendelejewa. Kluczową kwestią jest wyścig energetyczny, ściśle związany z potencjalną katastrofą klimatyczną, która grozi Ziemi ze względu na narastające zanieczyszczenie naszej planety. Wyczerpujące się złoża surowców strategicznych są kolejnym powodem walki o pierwiastki ukryte pod powierzchnią planet i towarzyszących im satelitów.
Pozyskiwanie tych materiałów bezpośrednio z odległych o setki tysięcy kilometrów ciał niebieskich nie jest jednak proste. W tym celu 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, skupia się na jednym z ważnych elementów planów podboju kosmosu, czyli pozyskaniu metali z księżycowego i marsjańskiego regolitu (luźnej warstwy minerałów).
Wyzwanie budowy baz kosmicznych
Oczywistym wyzwaniem w kwestii podboju ciał niebieskich jest budowa niezbędnych do tego baz kosmicznych na ich powierzchni. Wysłanie transportów z materiałami budowlanymi jest niepraktyczne i kosztowne, więc naukowcy oceniają, że dużo rozsądniejszym rozwiązaniem jest pozyskanie i wyprodukowanie ich bezpośrednio na Księżycu lub Marsie. Co stoi na przeszkodzie? Oczywiście ograniczenia technologiczne.
Jak wynika z badań, Ziemia, Mars i Księżyc mają bardzo zbliżone parametry geologiczne. Jedną z różnic są proporcje obecnych tam pierwiastków oraz warunki, w jakich są możliwe do wydobycia.
Jak pozyskać pierwiastki w kosmosie?
W pierwszej kolejności należy oszacować, gdzie warto rozpocząć odwierty i pozyskiwanie surowców. W tym celu trzeba będzie odnaleźć złoża tychże na tyle bogate, aby było to opłacalne. W tym specjalizuje się dr Jakub Ciążela, geolog planetarny, którego spektometr MIRORES pomoże wytypować takie miejsca na Księżycu. Koncepcja misji zaproponowana i opracowana przez naukowca została wybrana przez Polską Agencję Kosmiczną do polskiej misji księżycowej! Jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem, ludzkość będzie mogła przystąpić do pozyskiwania niezbędnych do budowy baz księżycowych pierwiastków i rozpocząć budowę baz na powierzchni ziemskiego satelity.
Na Ziemi wykorzystuje się w tym celu głównie metody mechaniczne, łączone z termicznymi albo chemicznymi. Pomimo wysokiej efektywności, mają jednak istotne minusy. Wśród nich wymienić można:
- zastosowanie powoduje powstanie kwaśnych odcieków, które należy neutralizować
- mogą przyczyniać się do nadmiernych emisji zanieczyszczeń
- powodują znaczne zużycie wody i energii
Opracowana przez wrocławski zespół technologia pozwala na bezpieczną dla środowiska metodę pozyskiwania pierwiastków z regolitu. Bazuje ona na bioługowaniu, czyli procesie wykorzystania mikroorganizmów przetwarzających metale, a następnie umożliwia ich pozyskanie.
Co ważne, proces pozyskiwania surowców jest naprawdę prosty do wprowadzenia nawet ekstremalnych warunkach. Dodatkową wartością jest wykluczenie szkodliwych skutków dla środowiska, pojawiających się w procesach chemicznym i termicznym. Zdaniem dr inż. Weroniki Urbańskiej i mgr inż. Ewy Borowskiej będzie to kluczowe i priorytetowe w kontekście gospodarki surowcami oraz w zrównoważonym pozyskiwaniu i odzyskiwaniu metali – nie tylko w kosmosie, ale również na Ziemi.
Czym jest bioługowanie?
Głównym założeniem tego procesu jest wykorzystanie tzw. ekstremofili, czyli organizmów odpornych na czynniki, które są ekstremalne dla człowieka i większości organizmów na Ziemi, w celu pozyskiwania pierwiastków. Przebiega on w dwóch fazach – pierwsza wykorzystuje właściwości bakterii, druga natomiast wykorzystuje mikroglony.
– Nie możemy mówić o wszystkich szczegółach, ponieważ technologia jest wciąż udoskonalana, a po optymalizacji planowane jest także złożenie wniosku patentowego – przekazała dr inż. Weronika Urbańska, Wydział Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej.
Zespół wrocławskich naukowców pierwotnie prowadził badania nad bakteriami, które przeżywają skrajne warunki. W tym celu mgr inż. Ewa Borowska i dr hab. Anna Potysz, wyselekcjonowały odpowiednie mikroby, które potrafią poradzić sobie w oparach wulkanicznych, jaskiniach czy głębokich kopalniach. Zdaniem Ewy Borowskiej, na etapie badań „faza bakteryjna” 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.
Aktualnie trwają prace nad udoskonalaniem drugiej fazy tego procesu, opartej na działaniu wcześniej wspomnianych mikroglonów. Naukowcy chcą wykorzystać ich właściwości do tworzenia biomasy, dzięki której możliwa jest efektywna biotransformacja i akumulowanie 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 – dodaje mgr inż. Ewa Borowska z Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych Uniwersytetu Warszawskiego.
Czy istnieje szansa na wykorzystanie tych badań 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 – kontynuuje.
Wiele wskazuje na to, że geologia kosmiczna to przyszłość naszej cywilizacji.
– Dla mnie najważniejsza jest praca zespołowa i interdyscyplinarne podejście. Dzięki tym elementom jesteśmy w stanie opracowywać innowacyjne technologie w krótkim czasie – podsumowała mgr inż. Ewa Borowska.
W kwietniu bieżącego roku ogłoszono oficjalny skład załogi Artemis II, który poleci w przyszłym roku w stronę Księżyca, aby przetestować systemy i technologie w warunkach lotu kosmicznego. Następnie wylądują na powierzchni Księżyca, co ma nastąpić w 2025 roku w ramach misji Artemis III. Kolejnym krokiem ma być utworzenie bazy księżycowej i eksploatacja znalezionych tam złóż, a także loty na Marsa.
