Produrre acqua sulla Luna fondendo la regolite: lo studio cinese sui campioni lunari

Future basi umane sulla Luna potrebbero produrre acqua in situ fondendo la regolite lunare (cioè lo strato superficiale del nostro satellite naturale) a temperature sopra i 1100 °C, possibilmente tramite specchi che raccolgono e focalizzano la luce del Sole. A suggerire questa possibilità è un recente studio (accettato per la pubblicazione sulla rivista The Innovation) in cui sono stati portati a temperatura di fusione alcuni campioni di regolite lunare portati sulla Terra nel 2020 dalla missione cinese Chang'e 5 (la missione successiva, Chang'e 6, ha portato sulla Terra i primi campioni del lato nascosto della Luna a giugno 2024). Questa scoperta è importante perché la produzione di acqua sarà un fattore cruciale per la permanenza di esseri umani sulla Luna: servirà a bere, a irrigare piante nelle serre e produrre – tramite elettrolisi – ossigeno per respirare e idrogeno come fonte di energia. Oltre all'acqua, inoltre, la fusione della regolite lunare produce anche ferro che potrà essere usato come materiale da costruzione.

Lo studio, effettuato da un team di ricercatori guidato da Xiao Chen, ha portato un campione di regolite lunare a temperature superiori al punto di fusione (circa 1100 °C) e tramite analisi microscopiche ha scoperto che il riscaldamento ha innescato reazioni chimiche che hanno portato alla produzione di acqua. I ricercatori hanno stimato che in questo modo 1 grammo di regolite può produrre tra 5,62 e 8,43 milligrammi di acqua: in proporzione, da una tonnellata di regolite si possono ricavare più di 50 kg di acqua.

Ma com'è possibile ottenere acqua fondendo delle rocce? Questo accade perché i minerali della regolite lunare contengono una certa quantità di idrogeno "intrappolato" nella loro struttura, che ad alte temperature reagisce con gli ossidi di ferro presenti nella regolite per formare acqua e ferro “libero”. L'idrogeno proviene dal Sole attraverso i cosiddetti venti solari, cioè flussi di particelle cariche (principalmente protoni ed elettroni) che la nostra stella disperde continuamente nello spazio circostante. Quando protoni ed elettroni arrivano sulla superficie lunare possono combinarsi per formare atomi di idrogeno, che a loro volta possono rimanere intrappolati nelle strutture cristalline dei minerali lì presenti.

Secondo lo studio, tra i minerali che compongono la regolite lunare quello che in proporzione contiene più idrogeno “utile” è l'ilmenite, un composto di ferro, titanio e ossigeno che ha formula chimica FeTiO₃. La sua struttura cristallina presenta dei micro-vuoti ideali per ospitare atomi di idrogeno. Questo minerale costituisce solo il 6% in peso della regolite lunare ma contiene ben il 38% dell'idrogeno esogeno. In particolare, secondo i ricercatori le due reazioni principali che producono acqua sono:

FeO + 2 H → Fe + H₂O
Fe₂O₃ + 6 H → 2 Fe + 3 H₂O

La reazione sarebbe catalizzata dal flusso di elettroni presenti nel vento solare. Le analisi al microscopio elettronico a trasmissione mostrano distintamente che nell'ilmenite si formano coppie di “bolle” d'acqua e nanocristalli di ferro anche a temperature di circa 700 °C.

Lo studio dimostra che è possibile ottenere acqua fondendo la regolite, ma tra il dire e il fare c'è di mezzo tutta una serie di sfide ingegneristiche e tecnologiche non da poco. Se per la temperatura si possono usare dei sistemi di specchi (soluzione comunque tutt'altro che semplice da realizzare), estrarre l'acqua da un grandissimo numero di nano-bolle è molto complicato da un punto di vista tecnico.

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