1986 uppskattade forskare vid Institute of Fusion Technology vid University of Wisconsin att månens ”jord”, kallad regolit, innehåller en miljon ton helium-3 (3He), ett material som skulle kunna användas som bränsle för att producera energi genom kärnfusion. Enligt studien skulle brytning av det vara ett lönsamt företag: den energi som produceras av helium-3 skulle vara 250 gånger större än den som krävs för att utvinna denna resurs från månen och transportera den till jorden, där månreserverna av helium-3 skulle kunna tillgodose människans behov i århundraden.
Forskarnas analys, som bygger på prover som samlats in vid Apollo-uppdragen, utlöste en feber för detta nya månguld, som skulle vara värt miljarder dollar för dem som kontrollerade det. Mer än 30 år senare har dock inte ett enda gram samlats in ännu, och det finns de som säger att det aldrig kommer att ske, eftersom – enligt dem – helium-3 bara har tjänat till att blåsa upp en enorm ballong av ogrundade spekulationer.
Kärnfusionen av lätta atomer, som väteisotoperna deuterium (2H) och tritium (3H), har i årtionden setts som framtidens energikälla, outtömlig och mycket mindre förorenande än klyvning av tunga atomer, som uran. Den tekniska utveckling som krävs för att den ska bli ett praktiskt och energieffektivt alternativ sysselsätter dock fortfarande forskarna, och det är inte en helt ren energi: fusionen av deuterium och tritium ger upphov till neutroner, partiklar som orsakar radioaktiv kontaminering och som inte kan begränsas med elektromagnetiska fält, eftersom de saknar elektrisk laddning.
Helium-3 (en icke-radioaktiv isotop av den gas som används för att blåsa upp ballonger) har däremot anmärkningsvärda fördelar: fusionen med deuterium är effektivare än deuterium-tritium och släpper inte ut neutroner utan protoner, som tack vare sin positiva laddning är lätta att hålla tillbaka. Dessutom är det möjligt att fånga upp dess energi för att producera elektricitet direkt, utan att behöva värma vatten för att driva turbiner, som i de nuvarande kärnklyvningsanläggningarna.
Stora hinder
Problemet är att helium-3 är extremt sällsynt på jorden. Denna isotop kommer mestadels från solvinden, men jorden är skyddad under skölden av sin atmosfär och sitt magnetfält. Däremot har månen under miljarder år ackumulerat en otrolig mängd av detta material i sitt ytskikt, dock i så låga koncentrationer att det skulle vara nödvändigt att bearbeta enorma mängder regolit för att skörda det genom att värma upp det till 600 °C. Till detta skulle läggas svårigheten och kostnaden för att transportera det till jorden.
Trots de stora hindren ”kan det finnas vissa möjligheter att använda helium-3 som andra generationens bränsle”, säger fusionsfysikern John Wright vid Massachusetts Institute of Technology till OpenMind. Enligt Wright kommer det dock fortfarande att krävas stora förbättringar av fusionstekniken ”innan vi behöver oroa oss för gruvdrift.”
Den främsta invändningen mot fusion med helium-3 sammanfattas av Frank Close, fysiker vid Oxfords universitet. År 2007 skrev Close i tidskriften Physics World att ”deuterium reagerar upp till 100 gånger långsammare med helium-3 än med tritium”, vilket skulle kräva mycket högre smälttemperaturer än i dagens reaktorer. I praktiken, påpekade Close, skulle deuterium ha en tendens att fusionera med sig självt för att bilda tritium, som sedan skulle reagera igen med deuterium på samma sätt som vid konventionell fusion och producera neutroner. Sammanfattningsvis betecknade Close idén om att generera elektricitet från helio-3 från månen som månskenshine.
”Helium-3 har ingen relevans för fusion”, betonar Close till OpenMind; ”ingenting har förändrats i de fysikaliska lagarna sedan min artikel från 2007”. Även om fysikern tror att det är möjligt för oss att se utvecklingen av gruvdrift på månen, ”finns det ingen mening med att åka till månen för att hämta helium-3 om målet är att göra fusion.”
Nya strategier för fusion
Closes invändningar bygger dock på konventionella fusionsreaktorer, som ITER, ett internationellt projekt som håller på att byggas i Frankrike, som kommer att väga tre gånger så mycket som Eiffeltornet och nå temperaturer på 150 miljoner grader Celsius. En konstruktion av samma typ för heliumfusion skulle kräva högre temperaturer och ännu mer massiva storlekar. Därför behövs nya strategier. ”Utmaningen är att hantera mängden tritium som stannar kvar i plasman från dessa sidoreaktioner för att minimera produktionen av neutroner av deuterium-tritium”, skriver Wright.
Och någon har gjort det möjligt, om än fortfarande utan en positiv energibalans. Gerald Kulcinski, direktör för Institute of Fusion Technology vid University of Wisconsin och en av författarna till den banbrytande studien 1986, har utvecklat fusion med helium-3 i årtionden. ”Det stämmer att den energi som krävs för fusion av deuterium-helium-3 är ungefär två till tre gånger högre än för deuterium-tritium”, säger Kulcinski till OpenMind.
Den lilla reaktor som forskaren har utvecklat lyckas övervinna hindret genom att minimera produktionen av neutroner och minska deras energi. Ännu mer lovande, tillägger Kulcinski, är helium-3-helium-3-fusionen, som är mer komplicerad men helt fri från neutroner. ”Det skulle verkligen vara en förändring, men jag är inte säker på att jag kommer att få se det under min livstid”, avslutar han. Analytikern Thomas Simko vid RMIT-universitetet i Australien anser att ”heliumfusionsreaktorer förmodligen inte kommer att utvecklas förrän tidigast i mitten av århundradet.”
Men även om man övervinner fusionsindustrins stötestenar finns det fortfarande problem med gruvdrift på månen. Simko påpekar dock att vi förmodligen kommer att få se de första utforskande stegen under de kommande åren, så att ”när helium-3 behövs kommer man redan att veta var det finns och hur det ska utvinnas och levereras.”
Första stegen för gruvdrift på månen
Det verkar faktiskt som om dessa första steg redan är på gång. Vissa nationella rymdorganisationer och olika privata företag har siktet inställt på gruvdrift på månen, och därtill kommer intresset från de framväxande makterna: den kinesiska sonden Chang’e 4, som befinner sig på månens dolda sida, skulle bland sina mål kunna inkludera en preliminär spårning av förekomsten av helium-3, något som också har sagts om månuppdraget Chandrayaan 2 som Indien kommer att skjuta upp i april.
För sin del har Europeiska rymdorganisationen undertecknat ett kontrakt med flera företag för att studera det framtida utnyttjandet av månens regolitresurser för att stödja en bebodd koloni; i det här fallet skulle helium-3 kunna användas för att driva en lokal reaktor, eller till och med som bränsle för rymdfarkoster som drivs med kärnfusion.
För övrigt ser många experter denna användning av resurser på plats som ett mer realistiskt alternativ. ”Jag tror inte att det finns så mycket att vinna på att bryta månen och ta med sig det tillbaka till jorden”, säger planetgeologen Paul Byrne vid North Carolina State University till OpenMind. ”Jag tror att det är en mycket bättre användning av våra pengar, vår tid och vår kreativitet att använda månresurserna för att stödja människor som bor på månen och stödja framtida utforskning med robotar och besättning till andra delar av solsystemet.” Kort sagt, med eller utan guld verkar det som om månfebern inte visar några tecken på att avta.
Javier Yanes
@yanes68