Hel jest drugim pod względem występowania pierwiastkiem we Wszechświecie, ale na Ziemi występuje bardzo rzadko. Tymczasem jego specjalna odmiana, izotop hel-3, może zrewolucjonizować branżę energetyczną, a największe jego zasoby znajdują się… na Księżycu.
Ten pierwiastek produkowany jest w jądrach gwiazd, powstając w procesie termojądrowej fuzji wodoru. Hel wyróżnia się najniższą temperaturą krzepnięcia spośród wszystkich pierwiastków – pozostaje ciekły nawet w temperaturze zera bezwzględnego (tę właściwość traci dopiero pod wysokim ciśnieniem).
Niestety, pozyskiwanie helu na Ziemi jest skomplikowane i jego ilości ograniczone, ale jego potencjał wykorzystania jest ogromny. Szczególnie pożądany jest izotop hel-3, posiadający w jądrze atomowym tylko jeden neutron. Największe zasoby tego izotopu znajdują się wewnątrz Ziemi oraz na jej naturalnym satelicie – Księżycu.
Rewolucja w energetyce dzięki helowi-3
Jedynie 0,001% całkowitych zasobów helu na Ziemi to hel-3, reszta to hel-4 z dwoma neutronami i protonami. Budowa wydajnych elektrowni termojądrowych to wciąż odległy cel, jednak potencjał tego paliwa jest ogromny – technologie bazujące na hel-3 mogłyby dawać ogromną moc, przy minimalnej emisji odpadowej i promieniotwórczej. Jak szacuje AGH, 500 kilogramów helu-3 wystarczyłoby do zasilenia rocznie takiego miasta jak Berlin. Co więcej, procesy z udziałem tego izotopu nie generują odpadów radioaktywnych.
„Możemy liczyć na wyjątkowo bezpieczne paliwo, które zapewni nie tylko bardzo dużo czystej energii elektrycznej, ale jej wydajność w przetwarzaniu sięgnie aż 70%. To szalenie efektywne źródło energii” – wyjaśnia Mateusz Borkowicz z Centrum Nauki Kopernik.
Hel-3 znajdzie też zastosowanie w technologii chłodzenia komputerów kwantowych, które mogą wymagać tysięcy litrów tego surowca. Obecnie głównym producentem tego izotopu są Stany Zjednoczone, ale roczna produkcja to zaledwie kilkadziesiąt kilogramów. Zasoby na Ziemi rozmieszczone są w skorupie i płaszczu, jednak część helu ucieka w przestrzeń kosmiczną. Modele naukowe, w tym opracowane przez Petera Olsona z Uniwersytetu Nowego Meksyku, wskazują, że jądro Ziemi może zawierać gigantyczne ilości tego izotopu – od 10 megaton do nawet 1 gigatony. Niestety, wydobycie z takiej głębokości jest technologicznie niewykonalne, dlatego skupia się na Księżycu.
Hel-3 z Księżyca – energia na 250 lat
Hel-3 jest niezwykle kosztowny – litr tego gazu to wydatek około 2000 dolarów, a gram może kosztować nawet 30 tysięcy dolarów. Jest on jednak bardzo lekki, więc ilości potrzebne do produkcji energii są niewielkie. Dlatego pozyskiwanie go z Księżyca jest realną i wartościową propozycją.
Jak obliczyła Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO), księżycowe zasoby hel-3 mogłyby zaspokoić globalne zapotrzebowanie energetyczne przez 250 lat. Na Księżycu izotop może występować w ilościach 100 milionów razy większych niż na Ziemi. Pierwsze próbki podały misje Apollo w latach 60. XX wieku. Surowiec znajduje się w regolicie – cienkiej warstwie skał pokrywających powierzchnię – co eliminuje potrzebę wykonywania skomplikowanych odwiertów. Największym wyzwaniem pozostaje transport z Księżyca na Ziemię oraz sam lądowanie na Srebrnym Globie.
Znaczenie przyszłych misji księżycowych
Misje Apollo były w przeważającej mierze projektem polityczno-propagandowym i nie przyniosły większych efektów w zakresie eksploatacji surowców. Realizacja wydobycia hel-3 wymaga zaawansowanych technologii oraz szerokiego zakresu działań w przestrzeni kosmicznej.
„Eksploatacja surowców na Księżycu wiąże się z dużo większym ryzykiem niż na Ziemi. Jeśli uda się wykorzystać do tego celu roboty, poziom bezpieczeństwa znacznie się podniesie. Pytanie pozostaje, kiedy takie technologie będą dostępne” – komentuje Mateusz Borkowicz.
Firmy już dziś planują działania na tym polu. Amerykański startup Interlune, założony m.in. przez byłego prezesa Blue Origin, Roba Meyersona, chce stosować autonomiczne koparki, które mogłyby wydobywać i przetwarzać materiał księżycowy, aby uwolnić hel-3 z regolitu. Nieznane dokładnie stężenia pierwiastka oznaczają jednak, że do uzyskania kilograma helu-3 może być konieczne przetworzenie tysięcy ton skał.
Inna amerykańska firma, Astrotech Corporation, testowała metodę uwalniania helu-3 przez podgrzewanie księżycowego regolitu. „To wielkie wyzwanie technologiczne” – przyznał Tom Pickens, jej dyrektor ds. technologii.
Technologiczny postęp i powrót ludzi na Księżyc, na którego powierzchni nie byli od ponad 50 lat, to klucz do realizacji tych ambitnych planów. Wyścig kosmiczny trwa, a głównymi rywalami są Stany Zjednoczone oraz Chiny. NASA planuje misję Artemis IV z lądowaniem na Księżycu w 2028 roku, a Pekin zakłada podobny plan na przełomie 2029 i 2030 roku. W tym nowym kosmicznym wyścigu coraz większe znaczenie mogą mieć prywatne spółki, takie jak SpaceX czy Blue Origin, które dostrzegają potencjał w księżycowym helu-3 – niezwykle cennej i praktycznie dostępnej na powierzchni Ziemskiego satelity energii.
