首页>《能源评论》>《能源评论》2024年第7期

【写在能源边上】月球“土”特产

发布时间:2024-07-15 作者:

   /本刊记者 王若溪 

    

  月球,是距离地球最近的天然卫星,从古至今一直承载着人类无限诗意与遐想,也寄托了人类对太空探索的渴望和追求。近年来,随着科技的不断进步,月球的巨大价值逐渐引起科学界的广泛关注。月壤,不仅富含稀有元素和矿物质,还蕴藏着巨大的能源潜力,为人类未来的能源需求提供了新的可能。 

  中核集团核工业北京地质研究院的研究团队发现,嫦娥五号带回的月壤样品中含有一直被视为潜在核聚变燃料的氦-3。与地球上的核裂变燃料相比,氦-3在核聚变过程中不会产生放射性废物,具有清洁性和安全性。地球上的氦-3十分稀有,而月球上储量却很丰富。据探月工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远估算,月壤中的氦-3含量可满足长达万年的地球能源需求。由于月球没有大气层的遮挡,其表面直接暴露在太阳风中,使宇宙射线能够直接与月壤反应,从而制造出更多的氦-3。此外,月球表面的永久阴影区域为氦-3的积聚提供了独特的环境,该区域的持续极低温状态,阻止了氦-3的脱附和扩散。 

  “嫦娥五号取回的月壤是来自月球表面非常年轻的玄武岩,富含铁、钛等人工光合成中常用的催化剂成分。”南京大学姚颖方教授的团队在详细分析后发现,月壤中钛铁矿、氧化钛等8种晶体矿物可以在人工光合成中发挥较好的催化性能。研究人员以其为催化剂,使用人工光合成技术,借助模拟太阳光,将水和二氧化碳转化为氧气、氢气、甲烷、甲醇。 

  这是令无数科研人员欣喜的发现:氧气可为人类提供生命支持,甲烷是火箭推进剂的有效成分,而甲醇是有机化学品原料,这为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供了潜在方案。姚颖方说,月壤提取成分如果能作为月球上的人工光合成催化剂,可大大降低航天器的载荷和成本,未来有望在月球上就地取材,制备燃料,为宇航员提供生命支持。 

  同时,中国科学院地球化学研究所科研团队通过红外光谱和纳米离子探针发现,嫦娥五号矿物表层中存在大量的太阳风成因水,证实了月表矿物是水的重要储库。根据估算,每吨月壤中至少含有170克的水。这些资源使人类在月球上建造基地的设想变得更加现实。 

  日前,吉林大学星壤测试与模拟团队和中国科学院金属研究所通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤的观察分析,首次发现了天然形成的少层石墨烯。石墨烯是导热、导电性最强的新型纳米材料,在复合材料、电子器件、储能电池、航天、军工、生物医药等诸多领域都有广泛的应用前景。这一发现不仅为月球的地质活动和演变历史提供了新见解,也拓宽了对月壤复杂矿物组成的认知,为月球的原位资源利用提供了重要信息及线索。 

  6月25日,嫦娥六号成功带回1935.3克月球样品,首次实现月背采样。在地面控制下,嫦娥六号分别通过机械臂和钻具采集来的岩石和月壤,有望为研究月球的二分性、完整了解月球的历史提供宝贵材料。在“月之暗面”的南极-艾特肯盆地采集的样品还有可能涉及月球深部甚至月幔的内部物质成分分析,科学家们对此抱有很高期待。 

  “呼作白玉盘”的不识月,到“九天揽月亦可得”,我们对月球样本的研究逐步加深,对月亮的了解更加深入,头顶的那轮明月,何其皎皎。