Is het mogelijk om metaal te produceren op de maan? Of andere materialen waarmee we een permanente maanbasis kunnen bouwen? Daar voert professor Inge Bellemans van de faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur samen met haar team onderzoek naar. Als ze slaagt, plukt ook Moeder Aarde de duurzame vruchten. Want dan is er een manier om metaal te produceren zonder CO2-uitstoot.
In het kort
- Als we ooit een basis op de maan willen, zullen we die moeten bouwen met materialen die op de maan zelf te vinden zijn.
- Vooral staal is een probleem, omdat er geen steenkool te vinden is op de maan.
- Compleet nieuwe productieprocessen uitdenken is daarom nodig. Dat doet professor Inge Bellemans, waarbij ze maanstof als vertrekpunt gebruikt.
Als kind kon ze urenlang maankraters bestuderen met haar telescoop. Nu moet het onderzoek van Inge uitwijzen of we ooit een maanbasis kunnen bouwen, misschien wel in een van die kraters. Het onderzoek wekt alvast internationale interesse, want het is een van de projecten die ondersteuning krijgt van de European Research Council (ERC), via een ERC Starting Grant van anderhalf miljoen euro.
Inge, jij wil achterhalen of we met maanstof kunnen bouwen op de maan. Hoe zit dat precies?
“Samen met vier collega’s zoek ik de volgende vijf jaar uit hoe we op de maan uit maanstof bouwmaterialen zoals metaal of cement kunnen maken. Zolang dat niet mogelijk is, blijft de bouw van een permanente maanbasis een heikele onderneming. Bakstenen van de aarde naar de maan transporteren, bijvoorbeeld, is gewoon onbetaalbaar. Onze aardse productiemethodes kunnen we ook niet zomaar op de maan kopiëren, ook dat is onbetaalbaar en zo goed als onuitvoerbaar.”
Vooral staal lijkt een probleem te zijn?
“Staal is het eindresultaat van verschillende processen. In de eerste stap versmelten ijzererts en cokes in een hoogoven. Op de maan is geen spoor te vinden van steenkool, de basis voor cokes. Veel slimmer is het om er van nul te beginnen. De vraag is dus: welke grondstoffen zijn er op de maan aanwezig en hoe kunnen we die ter plaatse bewerken tot bruikbare materialen? Dat willen wij nu verder uitzoeken op basis van ons eerder onderzoek.”
Een van de hypotheses over het ontstaan van de maan is dat het een gigantisch rotsblok is dat 4,5 miljard jaar geleden loskwam van de aarde. Zijn er dan ook aardse grondstoffen op de maan?
“De jaren zestig en zeventig was de periode van de maanlandingen, de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA verschillende bemande Apollo-vluchten naar de maan. De astronauten brachten stalen maanstof mee. Uit de analyses blijkt dat de samenstelling gelijkaardig is aan de grond op aarde. Er is dus ijzererts in het maanstof te vinden, alleen kan het niet op dezelfde manier tot staal geraffineerd worden. Op aarde gebeurt dat in een hoogoven. IJzer is namelijk niet te vinden in ertsen als zuiver metaal. Het zit erin als ijzeroxide, een verbinding van ijzer met zuurstof. Die verbinding moet je breken en dat gebeurt via cokes, die op heel hoge temperatuur de zuurstof uit de ijzeroxide halen. Maar dat kan je niet op dezelfde manier doen op de maan.”
Je moet met andere woorden een totaal ander productieproces uitdenken. Dat lijkt niet evident?
“Er is al veel waarop we kunnen voortbouwen. De EU zet volop in op duurzamere staalproductie. Verschillende staalfabrikanten zijn bezig met het vervangen van de sterk vervuilende cokes door waterstof. In plaats van CO2 blijft er dan als restant water over. Maar ook waterstof naar de maan krijgen is een probleem. De feitelijke omzetting van ijzeroxide naar ijzermetaal wordt veroorzaakt door elektronen die zowel in cokes als in waterstof zitten. Diezelfde elektronen vind je ook terug in elektriciteit. Wij onderzoeken nu of we zowel de cokes als de waterstof achterwege kunnen laten. Als het ons lukt om enkel op basis van elektriciteit de metaal-zuurstofbinding van ijzeroxide te breken, blijft er metaal en zuurstofgas over. Zo’n voorraad zuurstofgas is op een maanbasis best nuttig voor de mensen die er wonen. De elektriciteit willen we dan weer opwekken met behulp van zonnepanelen.”
Zullen de resultaten van jouw onderzoek ook gevolgen hebben voor onze planeet?
“Zeker. In tijden van klimaatverandering is dat heel belangrijk. Vandaag gaat het hele staalproductieproces gepaard met een grote CO2-uitstoot. Als we in ons opzet slagen, wordt het ook op aarde mogelijk om met behulp van groene elektriciteit duurzaam staal te produceren. In plaats van CO2 wordt er dan naast metaal enkel nog zuurstof geproduceerd.”
Hoe gaat jouw onderzoek nu precies in z’n werk: hebben jullie van NASA een ruime voorraad maanstof gekregen om mee te experimenteren?
“Nee, we maken ons maanstof zelf. We kennen de samenstelling en mengen zuivere stoffen en poeders tot synthetisch maanstof. Maar voor we daarmee beginnen te experimenteren, moeten we eerst een testomgeving creëren met identieke omstandigheden als op de maan. De grootste verschillen zijn de atmosfeer en de zwaartekracht. Het probleem met de atmosfeer lossen we op door onze testen uit te voeren in een gasdichte oven. De zwaartekracht wordt een grotere uitdaging. Die kunnen we niet zomaar uitschakelen. Daarom plannen we simulatieonderzoeken, waarbij we de factor zwaartekracht kunnen aanpassen.”
Hoe concreet zijn de plannen voor de bouw van een permanente maanbasis?
“Zowel ESA als NASA hebben zich de bouw tot doel gesteld. Die basis zal dan een ideale plek worden voor het voeren van verder wetenschappelijk onderzoek. Ooit wordt ze misschien het vertrekpunt voor reizen naar Mars.”
Inge Bellemans werd op haar 28e prof aan de UGent aan de faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur, bij de vakgroep Materialen, Textiel en Chemische Proceskunde. “Toen ik nog klein was, vertelden mijn ouders vaak over hoe zij als kind midden in de nacht mochten opstaan om de maanlanding live op tv mee te maken. Ik kreeg een minitelescoop en zat vol verwondering uren te staren naar de kraters op de maan.”
Lees ook
Wordt België de thuisbasis van de Einsteintelescoop?
Europa wil een telescoop bouwen om terug te kijken naar het ontstaan van het heelal. Het kilometerslange bouwwerk komt misschien wel in België. UGent’er Archisman Ghosh van de faculteit Wetenschappen kijkt er alvast reikhalzend naar uit.
Professor sterrenkunde: "We zien nu dingen die we nooit eerder konden zien"
Hij kan ze moeilijk letterlijk onder een microscoop leggen, maar geavanceerde computersimulaties helpen Maarten Baes om sterrenstelsels te bestuderen. Gelukkig maar, want de studie naar sterrenstelsels is een relatief nieuwe tak in de sterrenkunde, en er valt nog veel te ontdekken.
De vooruitblik: ontrafelen we in 2023 de geheimen van ons heelal?
De wereld van de sterrenkunde staat op zijn kop, en dat heeft alles te maken met de James Webb Telescope: een nieuwe, bijzonder krachtige ruimtetelescoop. Professor Arjen van der Wel: “Dit jaar wordt het jaar van de waarheid. Ofwel bevestigen de beelden van de telescoop onze theorieën, ofwel halen ze alles waar we in geloofden helemaal onderuit.”
