Abstract
Med fossila bränslen som tar slut och en ökande global efterfrågan på energi är behovet av alternativa energikällor uppenbart. Kärnfusion med hjälp av helium-3 kan vara en lösning. Helium-3 är en sällsynt isotop på jorden, men den förekommer rikligt på månen. Inom rymdvärlden nämns månens helium-3 ofta som ett viktigt skäl för att återvända till månen. Trots potentialen för Helium-3-gruvdrift på månen har det inte bedrivits mycket forskning om ett fullständigt uppdrag från början till slut. I denna sammanfattning presenteras resultaten av en genomförbarhetsstudie som utförts av studenter från Delfts tekniska universitet. Målet med studien var att bedöma om ett kontinuerligt end-to-end-uppdrag för att bryta Helium-3 på månen och återföra det till jorden är ett genomförbart alternativ för den framtida energimarknaden. De krav som ställdes på det representativa slut-till-slut-uppdraget var att det skulle täcka 10 % av det globala energibehovet år 2040. Uppdragsdelarna har valts ut med flera kompromisser mellan både konservativa och nya koncept. En uppdragsarkitektur med flera frikopplade delar för varje transportsegment (LEO, överföring, månytan) visade sig vara det bästa alternativet. Det konstaterades att det mest kritiska elementet är själva gruvdriften på månen. För att tillgodose 10 % av det globala energibehovet år 2040 skulle det krävas 200 ton helium-3 per år. Den resulterande brytningshastigheten för regolit skulle vara 630 ton per sekund, baserat på en optimistisk koncentration av 20 ppb Helium-3 i månens regolit. Det skulle behövas mellan 1 700 och 2 000 fordon för brytning av helium-3 om man använde University of Wisconsinsons Mark III-miner. Den uppvärmningseffekt som krävs, om man utvinner både dag och natt, skulle uppgå till 39 GW. Den resulterande kraftsystemmassan för månverksamheten skulle vara i storleksordningen 60 000-200 000 ton. Det skulle krävas en flotta av tre fordon för uppstigning och nedstigning på månen och 22 fordon med kontinuerlig dragkraft för omloppsöverföring. Kostnaderna för uppdragsdelarna har fördelats över den förväntade livslängden. Vinsterna från Helium-3-fusionen beräknades med hjälp av ett beräknat lägsta energipris år 2040 på 30,4 euro/MWh. De årliga kostnaderna uppgår till mellan 427,7 och 1 347,9 miljarder euro och den förväntade årliga vinsten varierar mellan -724,0 och 260,0 miljarder euro. På grund av uppdragets stora omfattning har det också utvärderats för att tillgodose 0,1 % och 1 % av den globala efterfrågan på energi år 2040. För 1 % är de årliga kostnaderna 45,6-140,3 miljarder euro och de förväntade årliga vinsterna -78,0-23,1 miljarder euro. För 0,1 % är de årliga kostnaderna 7,7-20,5 miljarder euro. Den förväntade årliga vinsten är -14,3-0,8 miljarder euro. Genomförbarheten har behandlats i tre avseenden. Tekniskt sett är uppdraget extremt utmanande och komplext. De flesta av de tekniker som krävs finns dock redan eller skulle kunna utvecklas inom en rimlig tidsperiod. Ur ett politiskt och juridiskt perspektiv ger de nuvarande internationella avtalen knappast någon ram för en gruvdrift på månen. Ekonomiskt sett ger uppdraget endast en nettovinst i bästa fall, och endast för medelstora och storskaliga verksamheter, som kräver en mycket stor initial investering. För att göra det möjligt att använda Helium-3 på månen bör ytterligare forskning koncentreras på gruvdrift och kostnader för fusionsanläggningar, eftersom deras inverkan vida överstiger alla andra delar av uppdraget. Olika transportkoncept kan dock undersökas. Många – inte bara tekniska – utmaningar när det gäller brytning av Helium-3 återstår att lösa. Även om den här studien bara är en utgångspunkt för ytterligare undersökningar visar den att Helium-3 från månen, trots populära påståenden, är olämpligt för att tillgodose en betydande andel av det globala energibehovet år 2040.