Ilmuwan China mengatakan tanah yang digali dari bulan dapat digunakan untuk menghasilkan oksigen dan metana, lalu digunakan oleh manusia untuk bernapas di bulan dan sebagai bahan bakar roket.
Menurut Space.com, para ilmuwan China menemukan metode satu langkah untuk melakukan semua ini.
Dan mereka berpendapat metode ini layak secara ekonomi.
“Kejutan terbesar bagi kami adalah keberhasilan nyata dari pendekatan terpadu ini,” kata anggota tim Lu Wang, seorang ahli kimia dari Universitas China Hong Kong, dalam sebuah pernyataan.
“Integrasi satu langkah antara ekstraksi air bulan dan katalisis karbon dioksida fototermal dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi dan mengurangi biaya serta kompleksitas pembangunan infrastruktur.”
Katalisis adalah peningkatan laju reaksi kimia karena adanya zat tambahan yang disebut katalis.
Mereka menggarisbawahi studi yang menunjukkan bahwa mengangkut pasokan dari Bumi ke pangkalan bulan mana pun di masa depan akan mahal karena semakin besar massa kargo, semakin keras roket harus bekerja untuk meluncur ke luar angkasa.
Studi menunjukkan biaya pengangkutan satu galon air saja dari Bumi ke bulan akan mencapai 83.000 dolar AS, sementara setiap astronot diharapkan minum 4 galon air per hari.
Untungnya, bulan memiliki air yang melimpah, meskipun tidak secara otomatis terlihat.
Terbawa ke bulan oleh tumbukan komet, asteroid, dan mikrometeorid, bahkan oleh angin matahari, air bersembunyi di kawah-kawah yang selalu terlindungi bayangan di kutub bulan, terperangkap dalam mineral seperti ilmenit.
Mengekstraksi air untuk diminum relatif mudah dan terdapat banyak teknologi yang menjelaskan cara melakukannya, termasuk memanaskan regolith dengan memfokuskan sinar matahari ke atasnya.
Akan tetapi, tim Tiongkok telah berhasil mengembangkan hal ini selangkah lebih maju.
“Yang baru di sini adalah penggunaan tanah bulan sebagai katalis untuk memecah molekul karbon dioksida dan menggabungkannya dengan air yang diekstraksi untuk menghasilkan metana,” ujar Philip Metzger, fisikawan planet dari University of Central Florida, kepada Space.com.
Metzger tidak terlibat dalam penelitian baru ini, tetapi dia adalah salah satu pendiri ‘Swamp Works’, sebuah laboratorium penelitian di NASA Kennedy Space Center untuk merancang teknologi konstruksi, manufaktur, dan pertambangan di permukaan planet (dan bulan).
Metana akan lebih diminati daripada hidrogen cair sebagai bahan bakar roket potensial karena lebih mudah dijaga kestabilannya, sehingga membutuhkan lebih sedikit mesin dan biaya lebih rendah untuk tetap berada di bulan.
Metana cair, ketika dicampur dengan oksigen sebagai oksidator, merupakan bahan bakar roket yang ampuh.
Banyak perusahaan komersial seperti Landspace dari China telah meluncurkan roket bertenaga metana.
Ilmenit yang mengandung air juga merupakan katalis yang berguna untuk mereaksikan air dengan karbon dioksida agar dapat menghasilkan oksigen dan metana, dan tim China telah mengembangkan proses satu langkah untuk melakukannya.
Pertama, mereka memanaskan regolith hingga mencapai 392 derajat Fahrenheit (200 derajat Celsius) dengan memfokuskan sinar matahari untuk melepaskan air di dalamnya.
Kemudian, karbon dioksida seperti yang dapat dihembuskan oleh astronot ditambahkan ke dalam campuran, menyebabkan ilmenit mengkatalisis reaksi antara air yang diekstraksi dan karbon dioksida.
Para peneliti menguji proses ini, yang dikenal sebagai katalisis fototermal, di laboratorium menggunakan simulan berdasarkan sampel regolith bulan yang dikembalikan ke Bumi oleh misi Chang’e 5 China (sampel bulan terlalu tua untuk dihancurkan dalam percobaan semacam itu, itulah sebabnya simulan digunakan sebagai gantinya).
Meskipun teknologi sebelumnya juga mampu mencapai hal ini, teknologi tersebut membutuhkan lebih banyak langkah dan mesin, serta menggunakan katalis yang harus diangkut dari Bumi.
Tim peneliti percaya bahwa hal ini membuat proses mereka lebih efisien dan lebih murah daripada alternatif lainnya.
Namun, Metzger tidak sepenuhnya yakin bahwa hal ini akan berhasil.
Salah satu alasannya adalah regolit bulan merupakan isolator termal yang handal, sehingga memanaskan sampel hingga ke seluruh permukaannya tidak akan mudah.
“Panas tidak menyebar secara efektif lebih dalam ke dalam tanah, dan ini sangat mengurangi jumlah air yang dapat diproduksi dalam waktu tertentu,” kata Metzger.
Salah satu pilihannya adalah dengan ‘menggulingkan’ regolith, membaliknya berulang kali agar panasnya lebih merata, tetapi ini memperlambat ekstraksi air dan meningkatkan kompleksitas mekanis prosesnya.
Dalam lingkungan di mana debu bulan masuk ke setiap sudut dan celah, dan di mana fluktuasi suhu antara siang dan malam bisa mencapai 482 derajat Fahrenheit (250 Celsius), risiko kerusakan meningkat seiring dengan semakin banyaknya komponen yang bergerak.
“Hal itu mungkin dapat dilakukan, tetapi diperlukan lebih banyak kematangan teknologi untuk menunjukkan bahwa teknologi tersebut benar-benar kompetitif,” kata Metzger.
Ada pula masalah dengan penggunaan karbon dioksida, sesuatu yang disadari oleh tim China dan Metzger.
Lebih spesifiknya, terdapat tanda tanya mengenai apakah para astronot dapat menghasilkan cukup karbon dioksida melalui pernafasan normal mereka.
Metzger menghitung bahwa para astronot hanya dapat menyediakan sepersepuluh dari karbon dioksida yang dibutuhkan.
Alternatifnya, karbon dioksida dapat diangkut dari Bumi, tetapi hal ini justru akan menggagalkan tujuan teknik yang diusulkan, yaitu mengembangkan cara yang berbiaya tinggi untuk memperoleh air, oksigen, dan metana dengan sumber daya yang sebagian besar sudah tersedia di Bulan.
Namun, dalam jangka panjang, mungkin mengirimkan beberapa material dari Bumi akan bermanfaat.
Metzger menunjukkan eksperimen serupa yang menggunakan katalis granular eksotis—nikel-on-kieselguhr (kieselguhr adalah sejenis batuan sedimen)—alih-alih regolit bulan.
Metzger menduga bahwa material yang dirancang khusus sebagai katalis, seperti nikel-on-kieselguhr, akan lebih efisien daripada regolit bulan.
Selain itu, meskipun mahal untuk diangkut dari Bumi, nikel-on-kieselguhr dapat digunakan kembali sehingga seseorang hanya perlu mengangkutnya ke bulan satu kali.
Berdasarkan analisis biaya-manfaat, mungkin lebih efisien untuk melakukan hal ini dalam jangka panjang.
Bagaimanapun, tim peneliti telah menunjukkan secara meyakinkan bahwa penggunaan regolit bulan sebagai katalis untuk menghasilkan bahan bakar dan air berhasil.
Langkah selanjutnya adalah menunjukkan teknologi ini dapat ditingkatkan skalanya untuk menopang pangkalan di bulan secara lebih efisien daripada dengan teknik-teknik lain, dan teknologi ini dapat beroperasi dalam kondisi bulan di mana gravitasinya lebih lemah, suhu berfluktuasi hingga ekstrem, dan terdapat radiasi intens dari luar angkasa.
“Saya pikir ini adalah hasil yang sangat menarik dan mungkin ada aplikasi tambahan untuk menggunakan tanah bulan sebagai fotokatalis,” kata Metzger.
“Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menunjukkan apakah konsep ini dapat bersaing secara ekonomi. Saya skeptis, tetapi semua ide bagus memiliki penentangnya dan Anda tidak akan pernah benar-benar tahu sampai seseorang melakukan sesuatu untuk membuktikannya.”
Tentu saja tidak ada kebutuhan mendesak untuk teknologi ini.
Dengan misi Artemis III NASA, yang bertujuan untuk akhirnya mengembalikan astronot ke permukaan bulan paling cepat pada tahun 2027, dan pendanaan yang tersedia untuk Artemis IV dan V di masa mendatang yang belum dapat ditentukan, kita belum berada dalam posisi untuk membangun pangkalan bulan permanen.
Namun, misi Artemis adalah kesempatan yang sempurna untuk menguji beberapa teknologi ini dan akan sangat penting untuk menunjukkan apakah manusia benar-benar dapat hidup di bulan atau tidak.
Penelitian ini dipublikasikan pada 16 Juli di jurnal Joule. [BP]