Helium-3 auf dem Mond abbauen und zur Erde schicken?

Auf der Erde wird, bevor eine Mineral- oder Erdölressource abgebaut/extrahiert wird, die Lagerstätte abgegrenzt und bewertet .

Kurz gesagt umfasst der Prozess das Entsenden einiger Geologen und einiger Bohrgeräte und ihrer Bediener zu einer Lagerstätte und das Bohren von Löchern durch die Lagerstätte auf einem vorbestimmten Gittermuster. Das Bohrklein oder der Bohrkern (je nach Art des verwendeten Bohrers) wird protokolliert und Proben werden in gleichmäßigen Abständen zur Analyse entnommen.

Die Protokollierung der Geologie wird verwendet, um die Struktur und Beschaffenheit der Lagerstätte und des die Lagerstätte umgebenden Gesteins zu bestimmen.

Die Analysen definieren die Gehaltsverteilung – die Metallmenge pro Tonne in einer bestimmten Region. Dies hilft, die besseren Teile der Lagerstätte für den Abbau einzugrenzen, falls sich dies als rentabel erweisen sollte.

Anschließend wird ein Minendesign erstellt und bewertet, und wenn es rentabel ist, kann es nach Genehmigung abgebaut werden.

Für den Mond oder anderswo im Sonnensystem ist dies aufgrund der damit verbundenen Kosten unwahrscheinlich - siehe Bearbeiten am Ende.

Technisch gesehen ist es möglich, jede Ausrüstung zum Mond zu bringen. Es kann erforderlich sein, eine Werkstatt auf dem Mond einzurichten und die Ausrüstung als teilweise vormontierte Teile zu schicken und sie dann auf dem Mond zusammenzubauen, aber es ist teuer.

Satelliten- oder Drohnendaten können einen Hinweis auf die seitliche Gehaltsverteilung geben, aber nicht auf die vertikale Verteilung, die für die Abbautiefe erforderlich ist – siehe Kommentare später.

Wenn Helium-3 auf dem Mond abgebaut wird, wird es im Wesentlichen eine Aufräumübung sein.

Wenn Wikipedia mit Helium-3 Recht hat, ist der Grad von Helium-3 sehr gering: 1,4 bis 15 ppb (Teile pro Milliarde ) in sonnenbeschienenen Bereichen und bis zu 50 ppb in Schattenbereichen. Im Vergleich dazu kann Gold auf der Erde profitabel im Tagebau abgebaut werden, wenn der Gehalt (Konzentration) 5 g/t oder ppm (parts per million ) beträgt. Helium-3 auf dem Mond ist 1000-mal so stark verdünnt. Um solch ein minderwertiges Material rentabel abzubauen, wäre ein Abbau und eine Verarbeitung in großem Maßstab erforderlich.

Popular Mechanics sagt:

Das Graben eines Stücks der Mondoberfläche von etwa einer dreiviertel Quadratmeile bis zu einer Tiefe von etwa 9 Fuß sollte etwa 220 Pfund Helium-3 ergeben.

Jetzt sind 0,75 Quadratmeilen 1.942.491 m ² , 9 Fuß sind 2,743 m und 220 Pfund sind 99,79 kg.

In dieser Situation würde das abzubauende Volumen an Regolith 5.328.641 m ³ betragen . Unter Verwendung einer Regolithdichte von 1,5 t/m ³ (so etwas wie sauberer Sand ) würde die Masse des ausgegrabenen Regoliths 7.992.961 t (8 Mt) und der Helium-3-Gehalt 12,48 ppb (mg/t, Milligramm) betragen pro Tonne).

Der Abbau von 8 Mt Regolith erfordert eine große Flotte robuster Bergbauausrüstung, insbesondere wenn das Material zu einem vernünftigen Preis abgebaut werden soll.

Lunar Helium-3 und Fusion Power , veröffentlicht von der NASA im Jahr 1988, sahen auf den Seiten 21-22 den Einsatz von Schleppleinen oder ballistischen Bergleuten vor, um mehrere kleine Gruben pro Jahr zu graben.

Das meiste Helium-3 kommt in Sub 50 vor$\small\sf\mu$m Regolith.

Das abgebaute Material würde gesiebt, um die Fraktion mit einer Größe von über 4 mm auszusondern. Das verbleibende Material unter 4 mm würde elektrostatisch behandelt und dann auf 700 erhitzt$\sf^{\circ}$C, um die flüchtigen Stoffe freizusetzen. Das Gas würde dann zur Speicherung komprimiert. Einsatz eines Schaufelradbaggers, der bis zu einer Tiefe von 3 m mit einer Geschwindigkeit von 1258 t/h gräbt; 3942 h/Jahr würden 33 kg produzieren$\sf{^3}$Er pro Jahr.

Das Erhitzen des Regoliths könnte durch einen solarthermischen Ofen mit einem Durchmesser von 110 m und einer Tiefe von 10 m erfolgen.

Das entwickelte Gas wird einem Kühl-/Kondensationsprozess unterzogen, um die verschiedenen Spezies zu verflüssigen. Der weiterentwickelte Er ist und trennt die verschiedenen Arten. Die Kühlung erfolgt während der Mondnacht, um die Umgebungskälte zu nutzen. Wasserstoff wird vor dem Abkühlen entfernt. Andere durch das Verfahren produzierte Gase umfassen H ₂ O, O ₂ , N ₂ , H ₂ usw., die anschließend auf 55 K für eine vorläufige Isotopentrennung gekühlt und dann durch einen Kryogenerator (auf 1,5 K) geleitet werden, um eine maximale He-3-Konzentration (99 %).

Die Erfahrungsbasis des terrestrischen Bergbaus ist groß und sollte erschlossen werden. Ein spezifisches Analogon zum Abbau von Mondregolithen wäre der Abbau von terrestrischen Mineralsandvorkommen. Der Gehalt und die Verteilung von „Erz“ müssten bekannt sein, was wiederum zu Planungszwecken Bewertungen vor dem Bergmann erfordern würde. Die niedrige Schwerkraft des Mondes ($\sf{\frac1 6}$Erde) kann ein Problem für das Gerät darstellen. Die Maschinen benötigen möglicherweise Ballast, um die erforderliche Masse/Trägheit für den Bergbau zu erreichen. Da die Transportkosten hoch sind, muss der Ballast möglicherweise aus Mondmaterialien geliefert werden.

In dem Dokument heißt es weiter, dass angesichts des damaligen Energieverbrauchs in den USA 600 Mond-Bergbaumaschinen erforderlich wären (S. 25).

Zwei wichtige Fragen, die in der NASA-Veröffentlichung aufgeworfen wurden, waren:

1. Wie hoch ist die He-Konzentration im Mond-Regolith in Abhängigkeit von der Tiefe sowie seiner räumlichen Verteilung? 2. Warum korreliert die He-Häufigkeit im Regolith stark mit der TiO ₂ -Konzentration?

Ohne Bohrlochdaten kann die Gehaltsverteilung mit der Tiefe vor dem Abbau nicht bekannt sein.

Eine weitere Komplikation ist, dass die Topographie des Grundgesteins unbekannt ist. Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass das Grundgestein glatt und flach ist. Welliges und/oder zerklüftetes Grundgestein ist problematisch für alle mechanischen Grabgeräte wie Schürfkübelbagger, Schaufelradbagger oder Räumgeräte . Es wird auch die Menge an Regolith reduzieren, die abgebaut werden kann.

Darüber hinaus werden die Tag- und Nachtzyklen des Mondes den Bergbaubetrieb beeinflussen - 13,5 Tage Sonnenlicht mit Oberflächentemperaturen von bis zu 127$\sf^{\circ}$C, gefolgt von 13,5 Tagen Dunkelheit mit Oberflächentemperaturen von bis zu -173$\sf^{\circ}$C. Das Erhitzen des Regoliths kann nur während der Sonneneinstrahlung erfolgen, wenn ein Sonnenofen verwendet wird.

Einige weitere Informationen über den Abbau von Helium-3 auf dem Mond.

Wie in den Kommentaren erwähnt, ist die Machbarkeit der Kernfusion als steuerbare Energiequelle noch nicht bewiesen und der Abbau von Helium-3 auf dem Mond als Rohstoff wäre sehr teuer und aufwendig und müsste mit anderen Quellen konkurrieren von Energie.

Bearbeiten 2. April 2020 – NASA-Kostenschätzung für die Kosten für den Start von Material in die Umlaufbahn

Es gibt sicherlich ein starkes Argument dafür, vorhandene Materialien auf dem Mond selbst zu verwenden, um eine Mondbasis zu bauen. Die NASA schätzt, dass es etwa 10.000 US-Dollar kostet, ein Pfund Material in den Orbit zu transportieren

Das sind 4536 USD pro Kilogramm.

Bearbeiten 21. April 2020

Astrobotic sagt, es baue eine „Eisenbahn“ zum Mond .

1,2 Millionen US-Dollar pro kg für schwerere Gegenstände wie Roboterrover, Astrobotic wird die Nutzlast Ihrer Wahl mit seinem vierbeinigen Peregrine-Roboterlander zum Mond bringen.