Des missions spatiales régulières sont envoyées pour explorer l’espace lointain afin de trouver des solutions pour y rester à long terme. C’est le cas de la sonde chinoise Chang’e-5, qui a atterri sur la lune fin 2020. Selon l’analyse de la structure et de la composition, l’échantillon de sol lunaire livré par le rover représente le potentiel de conversion de l’énergie solaire lunaire. . Ainsi, l’utilisation des ressources lunaires in situ offre une excellente opportunité de fournir la base matérielle du support de vie pour le voyage et l’habitation lunaires.
« Dans un avenir proche, nous assisterons à un développement rapide de l’industrie des vols spatiaux habités », a déclaré Yingfan Yao, scientifique des matériaux à l’Université de Nanjing Yao et co-auteur de la nouvelle étude. « Tout comme l’ère de la voile dans les années 1600, lorsque des centaines de navires ont mis les voiles, nous sommes sur le point d’entrer dans l’ère de l’espace. »
Le simple transport de marchandises dans l’espace coûte encore cher, donc tout matériau qui peut être trouvé sur la Lune mais pas sur la Terre permet d’économiser beaucoup d’argent. Il s’agit de réduire la «charge utile» afin de mener, espérons-le, une étude à grande échelle du monde extraterrestre.
Le sol lunaire agira comme un catalyseur pour des réactions chimiques similaires à la photosynthèse.
L’hypothèse de départ était que le sol lunaire pouvait être utilisé comme catalyseur pour la production d’oxygène et d’autres produits de réactions chimiques imitant la photosynthèse (comme dans une plante verte) grâce à la lumière du soleil. Après le retour du rover sur Terre, Yao et ses collègues ont examiné un échantillon de sol lunaire pour voir s’il pouvait servir de catalyseur à un système qui convertirait l’eau extraite de la Lune et le dioxyde de carbone (émané par les corps des astronautes). en produits utiles pour approvisionner la base lunaire. Parmi ces produits, on trouvera de l’oxygène, de l’hydrogène et d’autres sous-produits de carburant utiles comme le méthane.
Échantillon de sol lunaire livré par le vaisseau spatial chinois Chang’e-5. © Yingfang Yao et al (2022)
Y a-t-il quelque chose dans le sol lunaire qui ne permet pas la production de ces composés, comme le peut le sol terrestre ? Évidemment pas. Tout d’abord, les chercheurs ont analysé leur échantillon à l’aide de techniques telles que la microscopie électronique et la diffraction des rayons X pour identifier les composants catalytiques actifs dans le sol. L’échantillon contenait des substances riches en fer et en titane, qui pourraient être utiles dans une réaction qui imite la photosynthèse.
Les chercheurs ont ensuite testé le sol comme catalyseur de diverses réactions chimiques (bénéfiques pour la photosynthèse) pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de dioxyde de carbone et d’eau. Le dioxyde de carbone exhalé par les astronautes sera collecté et combiné à l’hydrogène issu de l’électrolyse de l’eau lors du processus d’hydrogénation catalysé par le sol lunaire. En évaluant les performances de l’échantillon lunaire en tant qu’électrocatalyseur photovoltaïque, photocatalyseur et catalyseur photothermique, ils ont découvert que la séparation complète de l’eau et la conversion du CO2 pouvaient être réalisées en utilisant l’énergie solaire, l’eau et le sol lunaire avec une gamme de produits cibles pour la vie lunaire.
Ce diagramme montre comment le sol lunaire pourrait servir de catalyseur à la photosynthèse extraterrestre pour produire l’oxygène et le carburant nécessaires à la survie à long terme sur la Lune. © Infan Yao et al. (2022)
Cependant, l’efficacité du sol lunaire n’était pas aussi élevée que celle des catalyseurs que nous avons sur Terre, et cela n’aurait pas été suffisant pour produire suffisamment de produits pour soutenir la vie humaine sur la Lune. Cependant, des modifications de la structure et de la composition d’un échantillon de sol lunaire peuvent apporter des améliorations significatives à cette fin. Yao explique que l’équipe teste diverses approches pour améliorer la conception, comme la fusion du sol lunaire avec un matériau nanostructuré à haute entropie, qui est le meilleur catalyseur.
