Onderzoekers zijn begonnen met het identificeren van vloeibare oplosmiddelen die mogelijk kunnen worden gebruikt om noodzakelijke bouwmaterialen uit het stof van maan- en Marsrotsen te halen. Dit onderzoek en deze ontwikkeling vormen een belangrijk onderdeel van het mogelijk maken van ruimteverkenning op de lange termijn. Met behulp van machine learning en computationele modellering hebben onderzoekers van de Washington State University ongeveer een zestal oplosmiddelkandidaten geïdentificeerd die materialen op de maan en Mars kunnen extraheren die kunnen worden gebruikt voor 3D-printen.
Het werk, geleid door Soumik Banerjee, universitair hoofddocent aan de School of Mechanical and Materials Engineering aan de Washington State University, werd gerapporteerd in de Journal of Physical Chemistry B.
Krachtige oplosmiddelen die ionische vloeistoffen worden genoemd, zijn zouten in vloeibare toestand. "Het machine learning-werk bracht ons van 6.000 voet naar een niveau van 300 voet", zei Banerjee. "We waren in staat om heel snel een groot aantal ionische vloeistoffen te downselecteren, en vervolgens konden we wetenschappelijk de belangrijkste factoren begrijpen die bepalen of een oplosmiddel een materiaal kan oplossen."
Het werk van Banerjee wordt gefinancierd door NASA, die hoopt mensen terug te brengen naar de maan en vervolgens dieper de ruimte in, inclusief Mars, als onderdeel van haar Artemis-missie. Maar om dergelijke langetermijnmissies mogelijk te maken, zullen astronauten materialen en hulpbronnen moeten aanboren die in deze buitenaardse omgevingen voorkomen, waarbij ze 3D-printtechnologie moeten gebruiken om structuren, gereedschappen of onderdelen te creëren uit basiselementen die uit de bodem van de maan of Mars worden gehaald.
"Voor NASA is het gebruik van hulpbronnen in situ de komende decennia van groot belang", zegt Banerjee. "Anders zullen we onbetaalbaar grote hoeveelheden materiaal van de aarde moeten vervoeren."
De inkoop van deze bouwmaterialen moet op een milieuvriendelijke en energiebesparende manier gebeuren. De methode om het element te delven kan ook geen water gebruiken, omdat er geen water op de maan is.
De onderzoeksgroep van Banerjee bestudeert al meer dan tien jaar ionische vloeistoffen voor batterijen, en dit zou het antwoord kunnen zijn.
Het testen van elke kandidaat ionische vloeistof in het laboratorium is echter duur en tijdrovend, dus gebruikten de onderzoekers machine learning en modelleringstechnieken op atomair niveau om honderdduizenden kandidaat ionische vloeistoffen te doorzoeken. Ze zijn op zoek naar ionische vloeistoffen die maan- en Marsmaterialen kunnen verteren, vitale elementen zoals aluminium, magnesium en ijzer kunnen extraheren, zichzelf kunnen regenereren en misschien zuurstof of water kunnen produceren als bijproduct om levensondersteuning te bieden.
Na het bepalen van de wenselijke eigenschappen van een oplosmiddel vonden de onderzoekers ongeveer zes zeer wenselijke kandidaten. Belangrijke factoren voor succes zijn onder meer de grootte van de moleculaire ionen waaruit het zout bestaat, de ladingsdichtheid van het oppervlak (dat wil zeggen de lading per oppervlakte-eenheid van het ion) en de mobiliteit van de ionen in de vloeistof.
In een ander onderzoek testten de onderzoekers, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Colorado, verschillende ionische vloeistoffen in het laboratorium op hun vermogen om verbindingen op te lossen. Ze hopen uiteindelijk een reactor op laboratorium- of pilotschaal te bouwen en kandidaat-oplosmiddelen te testen met behulp van materialen afkomstig van de maan.
Samengestelde bron: ScitechDaily