Det amerikanske måne-program, Artemis, og det tilsvarende kinesiske program har helt klart ikke bare videnskabelige formål. Både USA og Kina ser nemlig en mulighed for engang i fremtiden at opbygge en industri på Månen.
Det vil nok tage 20-30 år at opbygge en industri. og derfor er det meget usikkert, om anstrengelserne vil give et økonomisk overskud. Den tekniske udvikling kan jo betyde, at det marked, vi forudser i dag, ikke vil eksistere til den tid.
Men der er også den mulighed, at en industri på Månen vil få en stor betydning for, hvem der kommer til at dominere verden hen mod slutningen af det 21. århundrede.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I mere end 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
Tre muligheder for en industri
Når man taler om Månens rigdomme, er det slet ikke noget så banalt som at finde guld eller diamanter.
I en overskuelig fremtid vil månerejser simpelthen være så dyre, at det slet ikke vil kunne betale sig at tage guld med hjem fra Månen, også selv om det lå i klumper på overfladen – hvad det i øvrigt ikke gør.
Grundlaget for en industri på Månen skal derfor være en produktion, som har en så afgørende betydning for fremtidens økonomi, at den kan give økonomisk overskud trods de enorme omkostninger.
Der er tale om tre muligheder:
- Hente Helium-3 fra Månen til brug i fusionskraftværker
- Sjældne jordarters metaller, der bruges overalt i industrien
- Anvende Månens materialer til at nedsætte omkostningerne ved at have en industri på Månen
I artiklen her ser vi nærmere på hver af de tre muligheder – vi må dog understrege, at vi stadig ved alt for lidt om Månen til at kunne afgøre, om nogle af disse muligheder overhovedet er realistiske.
\ Månen skal udforskes mere, før vi kan vide, hvilken vej vi kan gå
Selv når mennesker igen er vendt tilbage til Månen, vil der gå en lang periode, hvor månerejser vil være en ren udgift.
Man kan jo ikke begynde at opbygge en industri, før vi ved meget mere om Månen, end vi gør i dag.
Derfor vil der komme en lang periode, hvor det eneste, man kan gøre, er at udforske Månen og lære, hvordan man bedst arbejder deroppe.
Her bliver det afgørende spørgsmål, hvordan arbejdet skal fordeles mellem astronauter og robotter.
Kun hvis disse undersøgelser giver et godt resultat kan man begynde at planlægge en industri på Månen.
Men det vil kræve meget store investeringer over mange år, som kan komme enten fra staten eller fra superrige firmaer og individer som SpaceX og Elon Musk.
Hvordan disse investeringer foretages vil være afgørende for den industrielle udvikling på Månen.
Mulighed 1: Helium-3
Når man taler om den vigtigste rigdom på Månen, bliver helium-3 altid nævnt som den første mulighed.
Helium-3 er nemlig et muligt brændstof for fusionsreaktorer, som måske kan gøre fusion til en mere sikker og ’ren’ energikilde.
Fusion udnytter, at der findes tre former for brint:
- Almindelig brint (H), hvor atomkernen alene består af en proton
- Tung brint kaldet deuterium eller bare D, hvor atomkernen består af en proton og en neutron
- Supertung brint, tritium eller bare T, hvor atmomkernen består af en proton og to neutroner
Den fusion, man arbejder med i dag, er baseret på at få deuterium og tritium til at reagere med hinanden og derved skabe energi.
Processen ser således ud:
D + T -> Helium-4 + neutron + energi
Det er en proces, der producerer meget energi, men den kræver meget høje temperaturer på op mod 200 millioner grader, fordi de positive protoner i deuterium og tritium frastøder hinanden.
De frigjorte neutroner fra fusionen rammer reaktorvæggen og skaber varme, som derefter bruges til at drive turbiner og producere strøm ligesom i et konventionelt kraftværk. Til gengæld bliver reaktorvæggene radioaktive.
At få denne reaktion til at køre er en meget stor teknisk udfordring.
Man har skabt fusion i laboratoriet, men er stadig langt fra at kunne bygge et fusionskraftværk. De store problemer betyder, at man også leder efter andre muligheder for fusion.
En af de mest lovende er således at bruge er særlig isotop af helium kaldet helium-3 som brændstof.
Den ’normale’ udgave af helium er helium-4 med to protoner og to neutroner i kernen. Den meget mere sjældne isotop helium-3 har en kerne med to protoner og en neutron.
Helium-3 kan også buges i en fusionsproces, hvor den reagerer med deuterium:
D + helium-3 -> H + helium-4 + energi
Ved denne proces produceres også meget energi, og desuden undgår man, at der produceres neutroner. Til gengæld kræver processen en endnu højere temperatur end den normale fusionsproces.
Der er også andre problemer, men alt i alt ser mange helium-3 som den bedste løsning. Det største problem er dog, at vi her på Jorden kun har så lidt helium-3, at det ikke kan bruges som kommercielt brændstof.
Månen har ingen atmosfære, så helium 3 fra solvinden rammer lige ned i overfladen. Her ligger det spredt overalt, men i meget lav koncentration. Man skal derfor bearbejde tusinder af ton af Månens overflade for bare at få nogle få kilogram helium-3, som så kan sendes til Jorden.
Selv om det måske kan lade sig gøre, vil det kræve enorme investeringer i maskineri på Månen. Desuden er det slet ikke sikkert, at helium-3-fusion kan være grundlaget for et kommercielt fusionskraftværk.
Det kan vise sig at være for dyrt at producere helium-3, og der kan også vise sig problemer ved at få processen til at køre i et kraftværk.
At investere i helium-3-produktion på Månen giver begrebet ’risikovillig kapital’ en helt ny betydning – men lykkes det, er gevinsten også meget stor. En mulig gevinst vil dog ligge årtier ude i fremtiden.
Mulighed 2: Sjældne jordarters metaller
Moderne teknik anvender mange forskellige metaller, som under et går under navnet: ’sjældne jordarters metaller’.
Det er ikke nogen god betegnelse, for jordarterne er nu ikke særligt sjældne – problemet er nærmere at finde steder, hvor koncentrationen er stor nok til, at det kan betale sig at foretage den teknisk meget krævende udvinding af de ønskede metaller.
Man kan læse en god artikel (engelsk) om problematikken på BBC: ’Rare earths: Neither rare, nor earths’.
Udvindingen er et område, Kina dominerer, trods de problemer der er ved det – især produktionen af betydelige mængder giftigt og radioaktivt affald.
Udvindingen kræver også meget energi, og endelig er der store tekniske udfordringer ved at genbruge disse stoffer,
Afhængigheden af Kina har fået nogle til at se på muligheden for at finde metallerne på Månen. Her findes de også - man ved, at der findes metaller som cerium, neodymium, europium, scandium and yttrium - men i lav koncentration i de såkaldte KREEP-klipper. Til gengæld er der så ikke nogle miljøproblemer.
En helt anden mulighed er de såkaldte platinmetaller, som har en stor værdi som katalysatorer, blandt andet til at rense udstødning fra biler.
De seks platinmetaller er platin, palladium, rhodium, ruthenium, iridium og osmium. Disse metaller har høje smeltepunkter, høj varmebestandighed, høj korrosionsbestandighed og unikke katalytiske egenskaber.
Det er sjældne metaller, som vi her på Jorden især finder på steder, hvor asteroider er slået ned engang i fortiden. Det er tilfældet i Sudbury i Canada, samt Sydafrika og Rusland. Disse fund er netop sket på steder, hvor Jorden har været ramt af en asteroide for millioner af år siden.
De platinmetaller, der er fundet i Canada, stammer således fra en måske 10 km stor asteroide, der ramte Jorden for 1,8 milliarder år siden.
Månen har jo også talrige gange været ramt af asteroider, hvoraf i hvert fald nogle må have indeholdt platinmetaller.
Man skønner, at der er over 6.000 sådanne kratere, men spørgsmålet er, om vi kan finde dem. Målinger fra satellitter kan hjælpe, men i sidste ende bliver det nødvendigt at køre ud til krateret. Igen et projekt, der tager tid og koster en masse penge.
Derefter kommer så spørgsmålet om, hvor stort og stabilt markedet er. Og måske har vi om 30 år fundet på meget billigere erstatninger for de nuværende katalysatorer.
Mulighed 3: Måske er vand det vigtigste på Månen
Som vi har set, er det at skabe en industri på Månen meget vanskeligt, men der er også et andet fremtidsscenarie for det, som ikke er baseret på andet end at udnytte det vand, der er på Månen.
Det giver nemlig mulighed for at bygge baser, som primært skal levere to ting:
- En mulighed for at optanke rumskibe på Månen med ilt og brint, som stammer fra vandet.
- Produktion af materialer til at bygge satellitter. Måske viser det sig, at energisatellitter, der opsamler solenergi ude i rummet og sender den til Jorden med mikrobølger, er en meget bedre og billigere løsning på Jordens energibehov end fusion – og kan de bygges af materialer fra Månen, kan de blive så billige, at de ret hurtigt kan give et økonomisk overskud.
Månen kan på denne måde blive afgørende for rumfartens fremtid – også for, hvor dyrt og vanskeligt det bliver at sende rumskibe længere ud i Solsystemet.
Men det er altsammen noget, der ligger langt ude i fremtiden.
Den virkelige udfordring er ikke, om vi på den ene eller anden måde kan udnytte Månen, men om vi kan skabe de politiske og økonomiske forhold, der gør, at vi overhovedet går i gang med sådanne projekter.
