Abstract
Fossiilisten polttoaineiden loppuessa ja maailmanlaajuisen energiantarpeen kasvaessa vaihtoehtoisten energialähteiden tarve on ilmeinen. Helium-3:a käyttävä ydinfuusio voi olla ratkaisu. Helium-3 on harvinainen isotooppi maapallolla, mutta sitä on runsaasti kuussa. Avaruusyhteisössä kuun helium-3 on usein mainittu tärkeäksi syyksi palata Kuuhun. Kuun helium-3:n louhinnan mahdollisuuksista huolimatta on tehty vain vähän tutkimuksia, jotka koskisivat täydellistä, alusta loppuun ulottuvaa tehtävää. Tässä tiivistelmässä esitellään Delftin teknillisen yliopiston opiskelijoiden tekemän toteutettavuustutkimuksen tulokset. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida, onko Helium-3:n louhiminen Kuussa ja sen palauttaminen Maahan kestävä vaihtoehto tulevaisuuden energiamarkkinoilla. Edustavalle päästä päähän -operaatiolle asetettiin vaatimukset, joiden mukaan sen oli tuotettava 10 prosenttia maailman energiantarpeesta vuonna 2040. Tehtävän elementit on valittu siten, että on tehty useita kompromisseja sekä konservatiivisten että uusien konseptien välillä. Parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui operaatioarkkitehtuuri, jossa on useita erillisiä elementtejä kutakin kuljetussegmenttiä varten (LEO, siirto, kuun pinta). Todettiin, että kriittisin elementti on itse kuun kaivosoperaatio. Jotta 10 prosenttia maailman energiantarpeesta voitaisiin tyydyttää vuonna 2040, tarvittaisiin 200 tonnia helium-3:a vuodessa. Regoliitin louhintanopeus olisi 630 tonnia sekunnissa, kun Kuun regoliitin optimistinen Helium-3-pitoisuus on 20 ppb. Tarvittaisiin 1 700-2 000 Helium-3-kaivosajoneuvoa, jos käytettäisiin Wisconsinin yliopiston Mark III -kaivosajoneuvoa. Tarvittava lämmitysteho, jos kaivostoimintaa harjoitetaan sekä päivällä että yöllä, olisi yhteensä 39 GW. Kuun toimintoihin tarvittavan energiajärjestelmän massa olisi noin 60 000-200 000 tonnia. Tarvittaisiin kolme kuuhun nousevaa/laskeutuvaa ajoneuvoa ja 22 jatkuvan työntövoiman ajoneuvoa kiertoradan siirtoa varten. Operaatioelementtien kustannukset on jaettu arvioidulle elinkaarelle. Helium-3-fuusiosta saatavat voitot laskettiin käyttämällä vuonna 2040 ennustettua energian vähimmäishintaa 30,4 euroa/MWh. Vuotuiset kustannukset ovat 427,7-1 347,9 miljardia euroa, ja odotettu vuotuinen voitto vaihtelee -724,0-260,0 miljardin euron välillä. Tehtävän suuren mittakaavan vuoksi sitä on arvioitu myös siten, että se tuottaa 0,1 % ja 1 % maailman energiantarpeesta vuonna 2040. Yhden prosentin osalta vuotuiset kustannukset ovat 45,6-140,3 miljardia euroa ja odotetut vuotuiset voitot ovat -78,0-23,1 miljardia euroa. 0,1 prosentin tapauksessa vuotuiset kustannukset ovat 7,7-20,5 miljardia euroa. Vuotuiset voitto-odotukset ovat -14,3-0,8 miljardia euroa. Toteutettavuutta on tarkasteltu kolmesta näkökulmasta. Teknisesti tehtävä on erittäin haastava ja monimutkainen. Suurin osa tarvittavasta teknologiasta on kuitenkin jo olemassa tai se voidaan kehittää kohtuullisessa ajassa. Poliittiselta ja oikeudelliselta kannalta katsottuna nykyiset kansainväliset sopimukset tarjoavat tuskin minkäänlaisia puitteita Kuun kaivostoiminnalle. Taloudellisesti operaatio tuottaa nettovoittoa vain parhaassa tapauksessa ja vain keskisuurissa ja suurissa operaatioissa, jotka edellyttävät erittäin suuria alkuinvestointeja. Jotta Helium-3:n käyttö kuussa olisi mahdollista, jatkotutkimuksissa olisi keskityttävä kaivostoimintaan ja fuusiovoimaloiden kustannuksiin, sillä niiden vaikutus on selvästi suurempi kuin kaikkien muiden tehtävän osatekijöiden. Erilaisia kuljetuskonsepteja voidaan kuitenkin tutkia. Helium-3:n louhintaan liittyy vielä monia muitakin kuin teknisiä haasteita, jotka on vielä ratkaistava. Vaikka tämä tutkimus onkin vain lähtökohta jatkotutkimuksille, se osoittaa, että yleisistä väitteistä huolimatta kuun helium-3 ei sovellu kattamaan merkittävää osaa maailman energiantarpeesta vuonna 2040.