Nel 1986, gli scienziati dell’Institute of Fusion Technology dell’Università del Wisconsin stimarono che il “suolo” lunare, chiamato regolite, contiene un milione di tonnellate di elio-3 (3He), un materiale che potrebbe essere usato come combustibile per produrre energia tramite fusione nucleare. Secondo lo studio, estrarlo sarebbe un’impresa redditizia: l’energia prodotta dall’elio-3 sarebbe 250 volte superiore a quella necessaria per estrarre questa risorsa dalla Luna e trasportarla sulla Terra, dove le riserve lunari di elio-3 potrebbero soddisfare i bisogni umani per secoli.
L’analisi dei ricercatori, basata sui campioni raccolti dalle missioni Apollo, scatenò una febbre per questo nuovo oro lunare, che varrebbe miliardi di dollari per chi lo controllasse. Tuttavia, più di 30 anni dopo, non ne è stato ancora raccolto un solo grammo, e c’è chi dice che non accadrà mai, perché -secondo loro- l’elio-3 è servito solo a gonfiare un enorme pallone di speculazioni infondate.
La fusione nucleare di atomi leggeri, come gli isotopi di idrogeno deuterio (2H) e trizio (3H), è stata vista per decenni come la fonte energetica del futuro, inesauribile e molto meno inquinante della fissione di atomi pesanti come l’uranio. Tuttavia, lo sviluppo tecnologico necessario per renderla un’opzione pratica ed efficiente dal punto di vista energetico tiene ancora impegnati i ricercatori, e non è un’energia completamente pulita: la fusione di deuterio e trizio produce neutroni, particelle che causano contaminazione radioattiva e che non possono essere contenute con campi elettromagnetici, poiché non hanno carica elettrica.
Al contrario, l’elio-3 (un isotopo non radioattivo del gas usato per gonfiare i palloni) offre notevoli vantaggi: la sua fusione con il deuterio è più efficiente del deuterio-trizio e non libera neutroni ma protoni, che possono essere facilmente contenuti grazie alla loro carica positiva. Inoltre, è possibile catturare la sua energia per produrre elettricità direttamente, senza bisogno di un processo di riscaldamento dell’acqua per muovere le turbine, come nelle attuali centrali a fissione nucleare.
Grandi ostacoli
Il problema è che l’elio-3 è estremamente scarso sulla Terra. Questo isotopo proviene principalmente dal vento solare, ma la Terra è protetta dallo scudo della sua atmosfera e dal suo campo magnetico. Al contrario, la Luna ha accumulato per miliardi di anni un’incredibile quantità di questo materiale nel suo strato superficiale, anche se a concentrazioni così basse che sarebbe necessario trattare enormi quantità di regolite per raccoglierlo riscaldandolo a 600 °C. A questo si aggiungerebbe la difficoltà e il costo di trasportarlo sulla Terra.
Nonostante i grandi ostacoli, “potrebbero esserci alcune possibilità di usare l’elio-3 come combustibile di seconda generazione”, dice a OpenMind il fisico della fusione John Wright del Massachusetts Institute of Technology. Tuttavia, per Wright, saranno ancora necessari grandi miglioramenti nella tecnologia della fusione “prima di doverci preoccupare dell’estrazione”.”
La principale obiezione alla fusione con elio-3 è riassunta da Frank Close, un fisico dell’Università di Oxford. Nel 2007, Close ha scritto sulla rivista Physics World che “il deuterio reagisce fino a 100 volte più lentamente con l’elio-3 che con il trizio”, il che richiederebbe temperature di fusione molto più alte che nei reattori attuali. In pratica, Close ha sottolineato, il deuterio tenderebbe a fondersi con se stesso per formare trizio, che poi reagirebbe di nuovo con il deuterio come nella fusione convenzionale, producendo neutroni. In sintesi, Close ha etichettato l’idea di generare elettricità dall’elio-3 lunare come un’idea lunare.
“L’elio-3 non ha alcuna rilevanza per la fusione”, sottolinea Close a OpenMind; “Niente è cambiato nelle leggi della fisica dal mio articolo del 2007”. Anche se il fisico ritiene possibile lo sviluppo dell’estrazione mineraria lunare, “non ha senso andare sulla Luna per l’elio-3 se il tuo obiettivo è fare la fusione”
Nuove strategie per la fusione
Tuttavia, le obiezioni di Close si basano su reattori a fusione convenzionali, come ITER, un progetto internazionale in costruzione in Francia, che peserà tre volte la Torre Eiffel e raggiungerà temperature di 150 milioni di gradi centigradi. Un progetto dello stesso tipo per la fusione dell’elio richiederebbe temperature più alte e dimensioni ancora più massicce. Pertanto, sono necessarie nuove strategie. “La sfida è gestire la quantità di trizio che rimane nel plasma da quelle reazioni laterali per minimizzare la produzione di neutroni deuterio-trizio”, scrive Wright.
E qualcuno lo ha reso possibile, anche se ancora senza un bilancio energetico positivo. Gerald Kulcinski, direttore dell’Institute of Fusion Technology dell’Università del Wisconsin e uno degli autori di quello studio pionieristico del 1986, ha sviluppato per decenni la fusione con elio-3. “È vero che l’energia richiesta per la fusione deuterio-elio-3 è da due a tre volte superiore a quella del deuterio-trizio”, dice Kulcinski a OpenMind.
Il piccolo reattore sviluppato dal ricercatore riesce a superare l’ostacolo, minimizzando la produzione di neutroni e riducendo la loro energia. Ancora più promettente, aggiunge Kulcinski, è la fusione elio-3-elio-3, più complicata ma totalmente priva di neutroni. “Questo sarebbe veramente un cambio di gioco, ma non sono sicuro che lo vedrò nella mia vita”, conclude. Per l’analista Thomas Simko della RMIT University in Australia, “i reattori a fusione di elio probabilmente non saranno sviluppati prima della metà del secolo”
Ma anche superando gli ostacoli della tecnologia della fusione, ci sarebbe ancora quello dell’estrazione mineraria lunare. Tuttavia, Simko sottolinea che probabilmente vedremo i primi passi esplorativi nei prossimi anni, in modo che “quando l’elio-3 sarà necessario, si saprà già dove si trova e come estrarlo e consegnarlo.”
Primi passi per l’estrazione mineraria lunare
In effetti, sembra che questi primi passi siano già in corso. Alcune agenzie spaziali nazionali e varie compagnie private hanno gli occhi puntati sull’estrazione mineraria lunare, a cui si aggiunge l’interesse delle potenze emergenti: la sonda cinese Chang’e 4, appollaiata sul lato nascosto della Luna, potrebbe includere tra i suoi obiettivi il monitoraggio preliminare della presenza di elio-3, cosa che è stata detta anche della missione lunare Chandrayaan 2 che l’India lancerà in aprile.
Da parte sua, l’Agenzia Spaziale Europea ha firmato un contratto con diverse aziende per studiare il futuro sfruttamento delle risorse della regolite lunare per sostenere una colonia abitata; in questo caso, l’elio-3 potrebbe essere utilizzato per alimentare un reattore locale, o anche come combustibile per veicoli spaziali alimentati da fusione nucleare.
In effetti, molti esperti vedono questo uso in situ delle risorse come un’opzione più realistica. “Non credo che ci sia molto da guadagnare nell’estrarre la Luna e riportarla sulla Terra”, dice a OpenMind il geologo planetario Paul Byrne della North Carolina State University. “Penso che sia un uso molto migliore del nostro denaro, del nostro tempo e della nostra creatività usare le risorse lunari per sostenere gli esseri umani che vivono sulla Luna e per sostenere le future esplorazioni robotiche e con equipaggio verso altre parti del sistema solare”. In breve, con l’oro o senza, sembra che la febbre lunare non mostri segni di cedimento.
Javier Yanes
@yanes68