Khủng hoảng từ trái đất…
Trong bài viết “Tính khả thi của việc khai thác Helium-3 trên Mặt trăng” , một học giả đến từ Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) cho rằng, với nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt và nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng, nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế là rất rõ ràng. Khi các vật liệu trên Trái đất ngày càng hiếm, nhiều người đã nghĩ đến việc khai thác trên Mặt trăng…
Khi nhà du hành vũ trụ Harrison Schmitt đáp xuống Mặt trăng, vào ngày 12 tháng 12 năm 1972 từ tàu Apollo 17, dầu được giao dịch ở mức 3,6 đô la một thùng và những chiếc ô tô quá khổ vẫn đang tiêu thụ hết thùng này đến thùng dầu cao cấp, không chì khác. “Cuộc khủng hoảng năng lượng” là điều mà thế giới chưa từng nghe đến.
Hình ảnh phi hành gia Harrison Schmitt đặt chân lên Mặt trăng ngày 12/12/1972. Nguồn: NASA
37 năm sau, năm 2009, không còn ai đặt chân lên Mặt trăng, mức tiêu thụ năng lượng của thế giới tăng gần gấp đôi, trữ lượng dầu mỏ đang cạn kiệt nhanh chóng và nhân loại đang phải đối mặt với một trong những thách thức khắc nghiệt nhất trong lịch sử: Thiếu hụt năng lượng.
Là một nhà địa chất được đào tạo bài bản, cựu phi hành gia NASA Schmitt tin rằng ông có một giải pháp, giải pháp đó được gọi là “Helium-3”. Harrison Schmitt gợi ý rằng phản ứng tổng hợp có thể giúp “đáp ứng nhu cầu năng lượng tăng gấp tám lần hoặc cao hơn được dự đoán vào năm 2050”.
* Helium-3 là một đồng vị của Helium với hai proton và một neutron.
Trong cuốn sách năm 2006 của mình – “Return to the Moon” – Harrison Schmitt (nhà địa chất học cá nhân của chương trình Apollo) đã trình bày một trường hợp thuyết phục về việc khai thác tài nguyên Helium-3 trên vệ tinh tự nhiên của chúng ta – một loại nhiên liệu khả thi cho các nhà máy điện nhiệt hạch “thế hệ thứ 2”.
Ý tưởng khai thác một dạng năng lượng sạch và hiệu quả từ Mặt trăng đã kích thích khoa học viễn tưởng và thực tế trong những thập kỷ gần đây. Không giống như Trái đất được bảo vệ bởi từ trường của nó, Mặt trăng đã bị gió Mặt trời bắn phá một lượng lớn khí Helium-3.
Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) cho biết, người ta cho rằng đồng vị này có thể cung cấp năng lượng hạt nhân an toàn hơn trong lò phản ứng nhiệt hạch, vì nó không phóng xạ và sẽ không tạo ra chất thải nguy hại.
Cụ thể, trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã bị hấp dẫn bởi Helium-3 và nguồn nhiên liệu tiềm năng của nó cho phản ứng tổng hợp hạt nhân. Phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra tự nhiên, khi hai nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một nguyên tử nặng hơn dưới áp suất và nhiệt độ cực cao. Chúng diễn ra bên trong các ngôi sao, nhưng con người vẫn chưa tạo ra lò phản ứng nhiệt hạch với đủ năng lượng để bắt đầu quá trình.
Minh họa: NASA
Helium-3 là vật chất siêu hiếm, siêu đắt trên Trái đất. Theo Cơ quan Vũ trụ châu Âu, Helium-3 đặc biệt hứa hẹn vì nó tạo ra chất thải phóng xạ và hạt nhân ít hơn đáng kể so với các nguyên tố khác. Quá trình phân hạch hạt nhân hiện nay, được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân, giải phóng không chỉ năng lượng mà cả bức xạ, nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng phải được tái xử lý thành uranium, plutonium và các chất thải khác.
Đó là một quá trình gây ra những lo ngại nghiêm trọng về an toàn và do đó, các nhà khoa học đã tìm cách tạo ra năng lượng hạt nhân từ phản ứng tổng hợp hạt nhân, thay vì phản ứng phân hạch. Trong quá trình nhiệt hạch, không có chất thải phóng xạ nào được tạo ra, có khả năng tạo ra nguồn nhiên liệu an toàn và hiệu quả hơn.
Ước tính khoảng 25 tấn Helium-3 (tương đương với khoang chở hàng của Tàu con thoi được nạp đầy) có thể cung cấp năng lượng cho Hoa Kỳ trong một năm với mức tiêu thụ năng lượng hiện tại. Điều này có nghĩa là Helium-3 có giá trị kinh tế tiềm năng là 3 tỷ USD mỗi tấn, Discovery.com đưa tin.
TASS (Nga) cho biết, năm 2018, người đứng đầu Tổ chức Nghiên cứu vũ trụ Ấn Độ, Tiến sĩ Kailasavadivoo Sivan cho biết, về mặt lý thuyết, lượng Helium-3 tìm thấy trên Mặt trăng sẽ giúp ngành năng lượng thế giới hoạt động trong ít nhất 250 năm.
Cuộc đua đến mặt trăng
Helium-3 trên Mặt trăng thường được coi là lý do chính để quay trở lại Mặt trăng.
Asia Times báo cáo rằng có một “cuộc chiến khai thác bí mật” đang diễn ra trong không gian đối với Helium-3 giữa Trung Quốc, Mỹ và có thể là Nga về các nguồn tài nguyên tiềm năng trên Mặt trăng.
Vào những thời điểm khác nhau, các kế hoạch chiết xuất Helium-3 từ đất mặt trăng đã tồn tại ở Nga, Hoa Kỳ và Ấn Độ. Hiện tại Helium-3 không được khai thác trên Trái đất. Đó là sản phẩm phân rã của Tritium được sản xuất nhân tạo, TASS thông tin.
Hành trình lên Mặt trăng khai thác nguồn nguyên liệu hạt nhân sạch này tiếp tục được thúc đẩy sau khi năm 2022 các nhà khoa học Trung Quốc công bố phát hiện tinh thể Mặt trăng quý hiếm, hứa hẹn có thể cung cấp nguồn năng lượng dồi dào và vô tận cho Trái đất.
Tinh thể này được tìm thấy trong các hạt bazan mặt trăng được thu thập từ Mặt trăng vào năm 2020 và đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ ba khám phá ra các khoáng chất mặt trăng mới, sau Mỹ và Liên Xô.
Viện Nghiên cứu Địa chất Uranium Bắc Kinh, Trung Quốc, đã đặt tên cho khoáng chất phốt phát là Changesite-(Y), theo tên của nữ thần mặt trăng trong thần thoại Trung Quốc, Hằng Nga. Tinh thể này trong suốt và có chiều rộng gần bằng một sợi tóc người. Nó được hình thành ở một khu vực trên Mặt trăng có hoạt động núi lửa cách đây khoảng 1,2 tỷ năm.
Một trong những thành phần chính được tìm thấy trong tinh thể này là Helium-3. Nguyên tố này cực kỳ hiếm trên Trái đất nhưng nó được cho là khá phổ biến trên Mặt trăng.
Đó là lý do tại sao nhiều công ty tư nhân và các quốc gia có cơ quan vũ trụ đã nổ ra cuộc chạy đua khai thác Mặt trăng để lấy Helium-3.
Nhiệm vụ mặt trăng tiếp theo của Trung Quốc, dự kiến là Hằng Nga 6 vào năm 2024, sẽ cố gắng thu thập các mẫu đầu tiên từ phía xa của Mặt trăng, nơi không bao giờ đối mặt với Trái đất.
Với việc phóng thành công siêu tên lửa SLS, NASA đang từng bước hoàn thành các sứ mệnh tiền đề đưa con người lên Mặt trăng vào năm 2024. Ảnh: NASA
Trong khi đó, NASA của Mỹ đang từng bước thực hiện Chương trình Artemis để đưa con người trở lại Mặt trăng. Dự kiến, cũng trong năm 2024, Mỹ sẽ đưa 2 phi hành gia lên Mặt Trăng để tái hạ cánh.
Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) cũng đã cân nhắc việc sử dụng Mặt trăng để hỗ trợ các sứ mệnh tiến sâu hơn vào Hệ Mặt trời.
Ngoài các quốc gia phi hành gia truyền thống, Ấn Độ trước đây đã chỉ ra mối quan tâm của mình trong việc khai thác bề mặt mặt trăng.
Doanh nghiệp tư nhân cũng quan tâm đến việc sử dụng nhiên liệu từ Mặt trăng – mặc dù có thể bằng cách chiết xuất nước chứ không phải Helium-3. Công ty Năng lượng Shackleton (Mỹ) có kế hoạch cung cấp nhiên liệu đẩy cho các sứ mệnh xuyên Hệ Mặt trời sử dụng nước trên Mặt trăng.
Một số đội cạnh tranh cho giải thưởng Google Lunar X-Prize cũng coi việc khai thác Mặt trăng là mục tiêu cuối cùng của những người đổ bộ của họ.
Khó thành công?
Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) ước tính, để cung cấp 10% nhu cầu năng lượng toàn cầu vào năm 2040, sẽ cần 200 tấn Helium-3 mỗi năm.
Để làm được điều đó, tốc độ khai thác vật liệu mặt trăng (regolith) sẽ phải là 630 tấn mỗi giây. Điều này sẽ cần từ 1.700 đến 2.000 phương tiện khai thác Helium-3 nếu sử dụng máy khai thác Mark III của Đại học Wisconsin, Hoa Kỳ.
Tính khả thi đã được đề cập ở 3 khía cạnh.
– Về mặt kỹ thuật, nhiệm vụ vô cùng khó khăn và phức tạp. Tuy nhiên, hầu hết các công nghệ cần thiết đều tồn tại hoặc có thể được phát triển trong một khoảng thời gian hợp lý.
– Từ góc độ chính trị và pháp lý, các điều ước quốc tế hiện nay hầu như không đưa ra bất kỳ khuôn khổ nào cho việc khai thác mặt trăng.
Về mặt tài chính, sứ mệnh chỉ tạo ra lợi nhuận ròng trong trường hợp tốt nhất và chỉ dành cho các hoạt động quy mô vừa và lớn đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn.
Để có thể sử dụng Helium-3 trên Mặt trăng, nghiên cứu sâu hơn nên tập trung vào hoạt động khai thác và chi phí của các nhà máy nhiệt hạch, vì tác động của chúng vượt xa tất cả các yếu tố sứ mệnh khác.
Nồng độ helium-3 được cho là khoảng 20 đến 30 phần tỷ trong đất mặt trăng. Minh họa: Internet
Rõ ràng, con người có thể lấy nhiều thứ từ Mặt trăng như họ đã làm trong các sứ mệnh con người và thăm dò. Tuy nhiên, những nhiệm vụ này không hề dễ dàng. Vì khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng rất xa.
Chúng ta có những ví dụ về những thách thức tương tự ngay tại đây trên Trái đất: Có từ 45.000 đến 1,5 triệu tấn vàng trong các đại dương của Trái đất. Nhưng vì vàng quá phổ biến nên chi phí khai thác cao hơn nhiều so với giá vàng thực tế.
Tương tự như vậy, chi phí vận chuyển Helium-3 từ Mặt trăng sẽ rất lớn do khoảng cách xa và nồng độ thấp. Nồng độ helium-3 được cho là khoảng 20 đến 30 phần tỷ trong đất mặt trăng.
Điều đó có nghĩa là một lượng lớn bề mặt mặt trăng sẽ phải được thu hoạch và xử lý để chiết xuất một lượng Helium-3 có giá trị vận chuyển trở lại Trái đất.
Chưa hết, theo Aleksandr Bloshenko – Giám đốc điều hành chương trình khoa học và nghiên cứu tại Tập đoàn Vũ trụ Nhà nước Roscosmos (Nga), phản ứng tổng hợp nguyên tử Helium-3 cần nhiệt độ lên tới 1 tỷ độ C. Ông không loại trừ khả năng một ngày nào đó trong tương lai, nhân loại sẽ nghĩ ra giải pháp cho phản ứng tổng hợp nhiệt hạch ở nhiệt độ như vậy, TASS thông tin.
Trong tương lai, chuyến hành trình lên Mặt trăng và sự hiện diện thường xuyên của con người cùng hệ thống phương tiện khai thác Mặt trăng có giúp chúng ta thoát khỏi cuộc đại khủng hoảng năng lượng? Để trả lời câu hỏi này, sẽ mất nhiều thời gian.
