Abstract
Con i combustibili fossili che si esauriscono e la domanda globale di energia che aumenta, la necessità di fonti di energia alternative è evidente. La fusione nucleare con Elio-3 potrebbe essere una soluzione. L’elio-3 è un isotopo raro sulla Terra, ma è abbondante sulla Luna. In tutta la comunità spaziale l’elio-3 lunare è spesso citato come uno dei motivi principali per tornare sulla Luna. Nonostante il potenziale dell’estrazione dell’elio-3 lunare, poca ricerca è stata condotta su una missione completa end-to-end. Questo abstract presenta i risultati di uno studio di fattibilità condotto da studenti della Delft University of Technology. L’obiettivo dello studio era di valutare se una missione continua end-to-end per estrarre elio-3 sulla Luna e restituirlo alla Terra è un’opzione praticabile per il futuro mercato dell’energia. I requisiti fissati per la missione rappresentativa end-to-end erano di fornire il 10% della domanda globale di energia nell’anno 2040. Gli elementi della missione sono stati selezionati con molteplici compromessi tra concetti conservativi e nuovi. Un’architettura di missione con più elementi disaccoppiati per ogni segmento di trasporto (LEO, trasferimento, superficie lunare) è stata trovata come l’opzione migliore. Si è scoperto che l’elemento più critico è l’operazione mineraria lunare stessa. Per fornire il 10% della domanda globale di energia nel 2040, sarebbero necessarie 200 tonnellate di elio-3 all’anno. Il tasso di estrazione del regolite risultante sarebbe di 630 tonnellate al secondo, basato su una concentrazione ottimistica di 20 ppb di elio-3 nel regolite lunare. Sarebbero necessari da 1.700 a 2.000 veicoli per l’estrazione di elio-3, se si utilizza il minatore Mark III dell’Università del Wisconsin. La potenza di riscaldamento richiesta, se si estrae sia di giorno che di notte, raggiungerebbe i 39 GW. La massa del sistema di alimentazione risultante per le operazioni lunari sarebbe dell’ordine di 60.000-200.000 tonnellate. Sarebbe necessaria una flotta di tre veicoli di salita/discesa lunare e 22 veicoli a spinta continua per il trasferimento in orbita. I costi degli elementi della missione sono stati ripartiti sulla durata di vita prevista. I profitti risultanti dalla fusione di elio-3 sono stati calcolati usando un prezzo minimo previsto dell’energia nel 2040 di 30,4 Euro/MWh. I costi annuali sono compresi tra 427,7 e 1.347,9 miliardi di euro, con un profitto annuale previsto che va da -724,0 a 260,0 miliardi di euro. A causa della grande scala della missione, è stata valutata anche per fornire lo 0,1% e l’1% della domanda globale di energia nel 2040. Per l’1%, i costi annuali sono da 45,6 a 140,3 miliardi di euro e i profitti annuali previsti sono da -78,0 a 23,1 miliardi di euro. Per lo 0,1%, i costi annuali sono da 7,7 a 20,5 miliardi di euro. I profitti annuali previsti sono da -14,3 a -0,8 miliardi di euro. La fattibilità è stata affrontata in tre aspetti. Tecnicamente, la missione è estremamente impegnativa e complessa. Tuttavia, la maggior parte delle tecnologie richieste esistono o potrebbero essere sviluppate in un periodo di tempo ragionevole. Da un punto di vista politico e legale, gli attuali trattati internazionali difficilmente forniscono un quadro per un’operazione di estrazione mineraria lunare. Finanziariamente, la missione produce un profitto netto solo nel migliore dei casi, e solo per operazioni di media e grande scala, che richiedono un investimento iniziale molto grande. Per rendere possibile l’uso dell’elio-3 lunare, ulteriori ricerche dovrebbero concentrarsi sull’operazione mineraria e sui costi degli impianti di fusione, poiché il loro impatto supera di gran lunga tutti gli altri elementi della missione. Diversi concetti di trasporto possono comunque essere studiati. Molte sfide – non solo tecniche – riguardanti l’estrazione dell’elio-3 devono ancora essere affrontate. Anche se è solo un punto di partenza per ulteriori indagini, questo studio mostra che, nonostante le affermazioni popolari, l’elio-3 lunare non è adatto a fornire una percentuale significativa della domanda globale di energia nel 2040.