Các nhà khoa học xác định các dung môi tiềm năng để xây dựng trên Mặt trăng và Sao Hỏa
Bởi ĐẠI HỌC TIỂU BANG WASHINGTON NGÀY 7 THÁNG 2 NĂM 2024
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Washington đang đi tiên phong trong việc phát hiện ra các dung môi lỏng rất quan trọng để chiết xuất vật liệu xây dựng từ đất trên mặt trăng và sao Hỏa. Sự tiến bộ này rất quan trọng cho việc xây dựng các cấu trúc và công cụ cần thiết cho việc khám phá không gian lâu dài. Bằng cách sử dụng máy học và mô hình tính toán, nhóm nghiên cứu đã xác định được các chất lỏng ion tiềm năng có thể chiết xuất các yếu tố thiết yếu một cách hiệu quả và bền vững với môi trường cho các ứng dụng in 3D trong không gian. Sáng kiến này là một phần trong sứ mệnh Artemis của NASA và thể hiện một bước quan trọng hướng tới việc giảm sự phụ thuộc vào Trái đất về vật liệu xây dựng trong các sứ mệnh không gian. Tín dụng: SciTechDaily
Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu quá trình xác định các dung môi lỏng có khả năng được sử dụng để chiết xuất các vật liệu xây dựng thiết yếu từ bụi của đá mặt trăng và sao Hỏa. Sự phát triển này là một thành phần quan trọng trong việc cho phép khám phá không gian lâu dài.
Bằng cách sử dụng học máy và mô hình tính toán, các nhà nghiên cứu của Đại học Bang Washington đã tìm thấy khoảng nửa tá ứng cử viên sáng giá cho các dung môi có thể chiết xuất các vật liệu trên mặt trăng và sao Hỏa có thể sử dụng được trong in 3D. Công trình được báo cáo trên Tạp chí Hóa lý B, do Soumik Banerjee, phó giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu của WSU, dẫn đầu.
Khám phá các dung môi tiềm năng
Các dung môi mạnh, được gọi là chất lỏng ion, là muối ở trạng thái lỏng.
Banerjee cho biết: “Công việc học máy đã đưa chúng tôi giảm từ mức 20.000 foot xuống mức 1.000 foot”. “Chúng tôi có thể chọn lọc rất nhiều chất lỏng ion rất nhanh và sau đó chúng tôi cũng có thể hiểu một cách khoa học các yếu tố quan trọng nhất quyết định liệu dung môi có thể hòa tan vật liệu hay không.”
Mối quan tâm về môi trường và hiệu quả
Là một phần trong sứ mệnh Artemis, NASA, đơn vị tài trợ cho dự án của Banerjee, muốn đưa con người trở lại mặt trăng, sau đó đến không gian sâu hơn tới Sao Hỏa và xa hơn nữa. Nhưng để thực hiện được những sứ mệnh dài hạn như vậy, các phi hành gia sẽ phải sử dụng các vật liệu và tài nguyên trong môi trường ngoài Trái đất đó, sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các cấu trúc, công cụ hoặc bộ phận từ các yếu tố thiết yếu được chiết xuất từ đất mặt trăng hoặc sao Hỏa.
Banerjee cho biết: “Việc sử dụng tài nguyên tại chỗ là một vấn đề lớn trong vài thập kỷ tới đối với NASA. “Nếu không, chúng ta sẽ cần một khối lượng vật liệu cực lớn để mang từ Trái đất.”
Việc mua những vật liệu xây dựng đó phải được thực hiện theo cách thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng. Phương pháp khai thác nguyên tố cũng không thể sử dụng nước, thứ không có trên mặt trăng.
Chất lỏng ion mà nhóm Banerjee đã nghiên cứu trong hơn một thập kỷ để sử dụng trong pin có thể là câu trả lời.
Tuy nhiên, việc kiểm tra từng ứng cử viên chất lỏng ion trong phòng thí nghiệm rất tốn kém và mất thời gian, vì vậy các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy học và mô hình hóa ở cấp độ nguyên tử để thu hẹp từ hàng trăm nghìn ứng cử viên. Họ tìm kiếm những thứ có thể tiêu hóa các vật liệu của mặt trăng và sao Hỏa, chiết xuất các nguyên tố quan trọng như nhôm, magiê và sắt, tự tái tạo và có thể tạo ra oxy hoặc nước như một sản phẩm phụ để giúp hỗ trợ sự sống.
Tinh chỉnh việc lựa chọn dung môi
Xác định được chất lượng vượt trội mà dung môi cần có, các nhà nghiên cứu đã có thể tìm thấy khoảng nửa tá ứng cử viên rất mạnh. Các yếu tố quan trọng dẫn đến thành công bao gồm kích thước của các ion phân tử tạo nên muối, mật độ điện tích bề mặt của nó, tức là điện tích trên một đơn vị diện tích của các ion và độ linh động của các ion trong chất lỏng.
Làm việc với các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado trong một nghiên cứu riêng biệt, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một số chất lỏng ion trong phòng thí nghiệm về khả năng hòa tan các hợp chất. Họ hy vọng cuối cùng sẽ xây dựng được một lò phản ứng quy mô phòng thí nghiệm hoặc quy mô thí điểm và thử nghiệm các dung môi ứng cử viên tốt bằng vật liệu loại regolith trên mặt trăng.
Tham khảo: “Hướng tới việc chiết xuất kim loại từ Regolith: Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc hòa tan và động lực học của các ion kim loại trong chất lỏng ion” của Azmain F. Islam và Soumik Banerjee, ngày 9 tháng 11 năm 2023, Tạp chí Hóa học Vật lý B.
DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c04057
Nghiên cứu được tài trợ bởi Trụ sở chính của NASA.
