La nuova corsa alla Luna non assomiglia più a quella del Novecento. Mezzo secolo fa l’obiettivo era arrivare, piantare una bandiera, raccogliere campioni e tornare sulla Terra. Oggi, invece, Stati Uniti, Cina e altre potenze spaziali guardano al nostro satellite naturale con un’ambizione molto più complessa: costruire basi, restare a lungo, sperimentare tecnologie utili per missioni ancora più lontane, in particolare verso Marte.
In questo scenario, una delle grandi domande è semplice solo in apparenza: come si fa a vivere sulla Luna senza portare tutto dalla Terra? Ogni chilo spedito nello spazio costa energia, denaro e complessità logistica. Per questo la ricerca si concentra sempre più sull’ISRU, acronimo di in-situ resource utilization, cioè l’uso delle risorse disponibili direttamente sul posto. In altre parole: invece di trasportare ossigeno, acqua, carburante e materiali da costruzione, bisogna imparare a produrli sulla Luna.
Uno dei candidati più interessanti è il suolo lunare stesso, la cosiddetta regolite. È una miscela di polveri, frammenti rocciosi e minerali che ricopre la superficie lunare. A prima vista sembra solo polvere grigia, ma in realtà contiene una risorsa preziosissima: ossigeno. Non nella forma respirabile che conosciamo sulla Terra, ma legato chimicamente a elementi come silicio, ferro, calcio e altri metalli, sotto forma di ossidi.
Secondo gli studi citati dai ricercatori, circa il 40-45% della massa della regolite è costituito da ossigeno. Il problema è che quell’ossigeno non è libero: è intrappolato nei legami chimici dei minerali. Per renderlo utilizzabile bisogna rompere questi legami. Ed è qui che entra in gioco una tecnologia tanto semplice nell’idea quanto complessa nella realizzazione: la pirolisi solare nel vuoto.
La pirolisi è un processo che usa temperature molto elevate per decomporre i materiali. Applicata alla regolite lunare, consiste nel riscaldare il suolo fino a far vaporizzare e dissociare gli ossidi metallici. In questo modo si può liberare ossigeno e, allo stesso tempo, ottenere residui metallici o minerali potenzialmente utili.
La Luna offre condizioni particolarmente favorevoli per questo processo. Non avendo atmosfera, non ci sono nuvole, non c’è assorbimento atmosferico della radiazione solare e la pressione sulla superficie è estremamente bassa. Questo vuoto naturale facilita alcune reazioni e può ridurre l’energia necessaria. Inoltre, in alcune zone del Polo Sud lunare, la luce del Sole è disponibile per periodi molto lunghi, fino a circa il 90% del tempo.
L’idea è quindi usare specchi o lenti per concentrare la luce solare su un piccolo punto, come una gigantesca lente d’ingrandimento tecnologica. Il calore così generato può raggiungere temperature di diverse migliaia di gradi. Sulla Terra esperimenti di questo tipo sono stati condotti presso il laboratorio PROMES-CNRS di Odeillo, nei Pirenei francesi, dove si trova uno dei più grandi forni solari al mondo.
Nei test, parabole di due metri di diametro sono state usate per concentrare la luce solare fino a 10.000 volte su una piccola area. I campioni, realizzati con materiali che simulano la regolite lunare, sono stati inseriti in un reattore sotto vuoto e riscaldati progressivamente. A circa 1.200 °C il materiale ha iniziato a fondere; intorno ai 2.000 °C gli ossidi hanno cominciato a vaporizzare e a liberare ossigeno.
I primi risultati sono incoraggianti, ma ancora lontani da un’applicazione industriale. Da una pastiglia di 3,38 grammi di simulante lunare sono stati estratti 35 milligrammi di ossigeno. È poco: circa l’1% della massa totale del campione e il 2,5% dell’ossigeno contenuto nel materiale. Ma il punto decisivo è un altro: il principio funziona. Ora bisogna renderlo efficiente, continuo e adatto all’ambiente lunare reale.
Un aspetto interessante è che il processo non produce soltanto ossigeno. Dopo la pirolisi, la regolite si trasforma in una specie di perla vetrosa, mentre alcune sostanze vaporizzate si condensano sulle pareti fredde del reattore. Questo significa che la tecnica potrebbe essere usata anche per separare diversi ossidi e ottenere materiali utili per costruire strutture, strumenti o componenti direttamente sulla Luna.
Il futuro di questa tecnologia dipenderà da molti passaggi ancora da affrontare. Bisognerà abbassare ulteriormente la pressione del reattore per avvicinarsi alle condizioni lunari, migliorare la raccolta dell’ossigeno, ridurre le perdite termiche, controllare meglio le temperature e testare tipi diversi di regolite. Inoltre, l’intero sistema dovrà resistere a polvere abrasiva, radiazioni, forti escursioni termiche e lunghi cicli operativi.
C’è poi il problema pratico: scavare la regolite, trasportarla al reattore, processarla, separare l’ossigeno dagli altri gas, purificarlo, conservarlo e renderlo disponibile per gli astronauti o per la produzione di propellente. La tecnologia, quindi, non riguarda solo la chimica, ma l’intera architettura di una futura economia lunare.
Se questi ostacoli saranno superati, estrarre ossigeno dal suolo lunare potrebbe cambiare radicalmente l’esplorazione spaziale. L’ossigeno servirebbe per respirare, ma anche come ossidante nei carburanti dei razzi. Una base lunare capace di produrlo localmente sarebbe molto meno dipendente dalla Terra e potrebbe diventare un vero avamposto per missioni più profonde nel Sistema solare.
La Luna, da corpo celeste apparentemente sterile, potrebbe così trasformarsi in un laboratorio di sopravvivenza extraterrestre. Non un luogo da visitare e abbandonare, ma un territorio in cui imparare a usare ciò che già esiste. La polvere lunare, che per gli astronauti delle missioni Apollo era soprattutto un problema, potrebbe diventare una delle risorse più importanti per il futuro dell’umanità nello spazio.
Stefano Camilloni
