Hélio-3: Uma razão para voltar à Lua

Hélio-3: o combustível do futuro, uma razão para voltar à Lua

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À medida que a população da Terra aumenta, cada vez mais dependemos da disponibilidade de energia barata, limpa e segura. Entre muitas das opções levantadas para obter essa energia, está o uso de Hélio 3 (He-3).

He-3 é um isótopo de hélio que pode ser usado como combustível em futuras usinas de geração de energia a partir de fusão nuclear, uma vez que sua capacidade de conversão de energia é notável, na medida em que foi estimado que com apenas 25 toneladas desse material podem atender às necessidades de energia dos Estados Unidos por um ano. Se a fusão nuclear for controlada, acredita-se que esse isótopo possa fornecer energia segura em um reator de fusão, uma vez que não é radioativo e, portanto, não produz resíduos perigosos, como outras opções de fusão, como deutério e trítio, isótopos de hidrogênio

O problema é que há muito pouco He-3 na Terra e isso o torna excessivamente caro. Estima-se que a Lua contenha grandes quantidades de He-3. Isso ocorre porque, ao contrário da Terra, que é protegida por seu campo magnético e sua atmosfera, a Lua foi bombardeada por milhões de anos pelo vento solar e, como resultado, muito He-3 se acumulou em sua superfície. , preso na forma de gás dentro da poeira lunar.

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A partir de extrapolações dos dados obtidos pelas missões Apollo do século passado, estimou-se que na superfície lunar existem cerca de 1,1 milhão de toneladas de He-3 a uma profundidade de alguns metros. Embora a concentração de He-3 na poeira lunar seja baixa - seriam necessárias cerca de 150 milhões de toneladas de poeira lunar para obter uma tonelada de He-3-, essa concentração é bastante aceitável para os atuais processos de mineração terrestre. Além disso, estimou-se que para separar o He-3 de poeira lunar, suficiente para aquecer o último a uma temperatura de cerca de 600 0 C.

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Apesar de sua abundância na Lua, para usar o He-3, muitos desafios tecnológicos precisam ser vencidos para usá-lo como fonte de energia na Terra. O principal desafio é controlar a fusão do He-3, pois requer temperaturas muito mais altas do que a fusão deutério-trítio, atualmente em investigação. Uma vez alcançado, o problema de extrair, processar e transportá-lo para a Terra em quantidade suficiente e a preços econômicos teria que ser resolvido.

Devido a suas vantagens sobre outras fontes de energia, muitos países estão considerando a exploração do He-3 na Lua para gerar energia na Terra. Entre esses países, estão a União Européia, a China e a Índia e já estão planejando sua exploração. Portanto, se a fusão do He-3 for dominada, uma nova corrida do ouro poderá ocorrer na superfície lunar no futuro. e nos projetamos no espaço.


OBS: Áudio em Francês, ative a opção de legenda, depois traduzir

Hélio-3: o combustível do futuro no satélite natural da Terra

Nenhum ser humano colocou os pés na superfície lunar desde que as missões Apollo da América terminaram em 1972. Quase cinco décadas depois, a Lua não é vista apenas como o satélite natural da Terra.

Além das missões tecnológicas, cientistas ao longo dos anos pesquisaram a presença de minerais preciosos e energia inexplorada na Lua que poderiam ser usados ​​na Terra.

Mas por que as pessoas continuaram trabalhando na exploração da Lua? Aqui pode estar a resposta.

Além de ajudar os seres humanos a estudar o mistério do sistema solar, a Lua atraiu a atenção global devido à presença de ricos recursos naturais em sua superfície e no núcleo.

Assim, é por vezes referida como o Golfo Pérsico do sistema solar. Os cientistas acreditam que a Lua está cheia de recursos como elementos de terras raras, titânio e urânio.

Mas o elemento mais importante é o hélio-3. (*)

O isótopo hélio-3 é extremamente raro na Terra, mas existe em abundância na Lua.
É emitido do Sol e transportado por todo o Sistema Solar por ventos solares, mas é repelido pelo campo magnético da Terra, com apenas uma pequena quantidade penetrando na atmosfera.

Mas para a Lua, onde o campo magnético é fraco e a atmosfera é extremamente fina, o Hélio-3 é depositado em quantidades significativas.

Acredita-se que o elemento seja um componente crítico no desenvolvimento de energia de fusão termonuclear controlada, um processo difícil, mas ainda possível.

Olhando para o potencial do hélio-3, os especialistas acreditam que 5 mil toneladas de carvão poderiam ser substituídas por apenas 40 gramas de hélio-3.

E apenas oito toneladas de hélio-3 em reatores de fusão forneceriam a energia equivalente a um bilhão de toneladas de carvão, reduzindo drasticamente os custos de transporte e protegendo o meio ambiente.

Em uma entrevista à BBC em 2013, o principal cientista chinês, Ouyang Ziyuan, estimou que os recursos de hélio-3 da Lua poderiam resolver a demanda de energia dos seres humanos por pelo menos 10 mil anos.

Mas ainda estamos a décadas de realmente fazer a mineração na Lua, retornando com suas riquezas e, finalmente, usá-las.

(*) O hélio-3, abreviado como He-3, é uma forma isotópica não-radioativa do hélio. Os núcleos de hélio-3 consistem em dois prótons, mas apenas um nêutron, em contraste com o átomo original de hélio, que possui dois prótons e dois nêutrons. Proposto como combustível de segunda geração para a fusão nuclear, o He-3 é dez mil vezes mais raro que o He-4 na Terra.

Na Medicina: Ressonância Magnética com Hélio Hiperpolarizado no acompanhamento dos resultados do tratamento da fibrose cística (a traduzir para publicação em Nova Acta)

Fonte 1 - Fonte 2

Hélio-3: O que os indianos mais procuram na Lua

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Entre os principais objectivos da missão lunar indiana está a tentativa de detecção de hélio-3, um isótopo do elemento químico hélio bastante raro na Terra e que tem grande potencial energético e sem lixo nuclear. Será o ouro nuclear da segunda metade deste século para substituir o ouro preto e as atuais centrais nucleares. Calcula-se que 1,100,000 de toneladas métricas de He3 foram depositadas pelo vento solar sobre a superfície lunar e devido às colisões com meteoritos muito desse He3 poderá ter sido empurrado para profundezas de alguns metros. Maior concentração se encontra nos mares lunares que constituem quase 20% da superfície lunar.

Fonte econômica de energia nuclear

1 milhão de toneladas métricas de He3, reagindo com deutério pode gerar aproximadamente 20,000 terrawatt-anos de energia termal. São umas unidades fantásticas: 1 terrawatt-ano equivale a 1 trilhão (10 elevado à potência 12) watt-anos. Para compreendermos melhor, 1 lampada de 100-watt utiliza 100 watt-anos de energia durante um ano. Seria 10 vezes a energia que poderíamos obter explorando toda os combustíveis fósseis da Terra, sem provocar poluição do ar e chuva ácida. Se queimássemos todo o urânio nos reatores de alta velocidade com metal líquido, produziríamos somente metade dessa energia e ficar com sérios problemas de armazenar a lixeira.

A importância

Umas 25 toneladas de He3 bastariam para fornecer a energia aos EUA durante 1 ano a custos correntes. Em termos econômicos, se imaginarmos que He3 vai substituir os combustíveis nos EUA para gerar a eletricidade, temos que incluir os custos de todas as centrais geradoras e as redes de distribuição. Feitos os cálculos, as 25-toneladas de He3 valeriam $75 bilhões hoje, o que significa $3 bilhões por tonelada.

Os ganhos

Somente uma estimativa dos lucros que se fariam com bilhas He3 trazidos da Lua: Com procura mundial anual de 100 toneladas, haverá disponibilidade para pagar $3 bilhões por tonelada. O que daria uma média anual de $300 bilhões de receita. Longe estará a Índia dos negócios da pimenta que revolucionou a economia mundial no século XVI graças aos intermediários lusos!

Fonte

Iniciativa privada a um passo do Hélio-3

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Segundo o nosso último artigo sobre a prospecção e lavra de hélio-3 na Lua, os chineses estavam ganhando a corrida, pois tinham várias missões feitas e a sonda Chang´e 5-T1se preparando para alunissar.

Mas, segundo as últimas notícias, os americanos da Moon Express, uma entidade privada, serão os primeiros não governamentais a pousar um robô lunar. Este robô irá se movimentar por mais de 500m em solo lunar conquistando um prêmio de treze milhões de libras esterlinas. Será um grande passo para a primeira amostragem de He-3 na superfície da lua por uma empresa privada.

O hélio-3 ou He-3 é um isótopo estável, não radioativo do gás hélio.

O interesse no hélio-3 é que este gás poderá ser utilizado em reatores de fusão nuclear que gerarão imensas quantidades de energia sem produzir rejeitos radioativos ou emissão de nêutrons, comuns aos reatores nucleares a urânio.

Segundo os astrônomos e geólogos o He-3 emitido pelo Sol não atinge a superfície da Terra, pois é defletido pelo nosso forte campo magnético. Já o mesmo não ocorre na Lua onde, acredita-se, que o He-3 esteja se acumulando ao longo de bilhões de anos no fundo das crateras mais frias e escuras.

Acreditam os geólogos que o teor de He-3 no regolito lunar seja de 28ppm. Este teor tende a crescer nas áreas escuras e protegidas dos raios solares podendo, então, atingir concentrações econômicas. Alguns especulam que a Lua pode conter vários milhões de toneladas de He-3.

A verdade ainda está para ser descoberta.

Os mais entusiasmados dizem que o He-3 extraído da superfície da Lua poderá gerar toda a energia que o Homem precisa por milhares de anos.

Agora que os americanos criaram leis que permitem a lavra de minerais espaciais o He-3 é o principal alvo de vários países e de corporações privadas.

Estamos vendo os primórdios da primeira corrida espacial não controlada pelos Estados Unidos ou pela União Soviética.

A Moon Express foi a primeira empresa privada a fazer um robô capaz de pousar no nosso satélite: o MX-1. Segundo os seus engenheiros o MX-1 poderá pousar com uma precisão de dez metros.

Em um segundo estágio da corrida o MX-1 trará o tão sonhado He-3 para a Terra.

A corrida esquenta com a entrada de Larry Page, o CEO do Google, Richard Branson o fundador da Virgin na Planetary Resources, que deverá lançar um telescópio de 22cm no espaço em 2016.

A Planetary Resources espera, através de espectrografia de luz refletida, identificar asteroides com imenso potencial econômico.

Eles querem selecionar os alvos ricos em platina e níquel.

Em terceiro lugar os novos exploradores irão buscar água no espaço.

Isso mesmo, água.

A água será a fonte de oxigênio que irá, não só servir de combustível às missões espaciais, mas permitir a conquista do sistema solar pela humanidade.

Hoje o custo de colocar uma tonelada de água no espaço é de R$320 milhões…

Em breve veremos verdadeiros postos de água no espaço, abastecendo as missões exploratórias futuras.

É a verdadeira era da conquista espacial.

E na raiz de todo esse desenvolvimento estará a geologia.

Fonte

Mineração de hélio-3 na lua

Aspirações de poder político e econômico, crescimento populacional, efeitos adversos causados por mudanças climáticas são alguns dos fatores que o ex-astronauta norte-americano Harrison Schmitt aponta como definitivos para a busca de fontes alternativas de energia. Para ele, que foi membro da Apollo 17 (1972), energia é o cerne da segunda corrida espacial, da qual participam países em desenvolvimento como Índia e China, com um elemento novo: as empresas privadas.

Para Schmitt, autor do livro Return to the moon: exploration, enterprise and energy in the human settlement of space (2006), a expectativa é que, nos próximos 50 anos, países como a China - onde 3/4 da energia consumida vem de usinas de carvão -, a demanda de energia aumente quatro vezes.

A China tem planos ambiciosos para a exploração do espaço, incluindo a comercialização de recursos da lua como gelo, metais preciosos e grandes reservas de hélio-3, um gás raro no planeta Terra, que pode ser utilizado para produzir energia limpa em usinas de fusão nuclear. A eletricidade produzida em usinas termonucleares à hélio-3 representaria uma solução para possíveis crises de energia, já que 40 gramas de hélio-3 substituem cinco mil toneladas de carvão em termos de energia (dados The New Citizen, março de 2016).

Mas, como aponta Schmitt, para se tornar comercializável, a energia elétrica gerada por fusão do hélio-3 precisaria baratear muito. Qual seria a vantagem dos reatores de fusão à hélio-3 em relação a outros processos? Valeria realmente à pena ir até a lua buscar esse elemento raro no planeta Terra? E, quanto à exploração desse recurso na lua, quem chegar primeiro leva?

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Usinas de Hélio-3

De acordo com Ricardo Galvão, especialista em física de plasmas da Universidade de São Paulo (USP), a energia nuclear pode ser produzida por dois processos, fissão (bomba atômica) e fusão (principal processo através do qual estrelas irradiam energia). Neste último, dois elementos de pequena massa atômica se fundem, resultando em outro de massa atômica maior, mais partículas subatômicas, que podem ser nêutrons ou prótons, e que carregam muita energia.

O exemplo mais comum da fusão é a de dois isótopos do hidrogênio, deutério-trítio, que gera nêutrons como um dos produtos, o que, segundo Galvão, é um dos aspectos negativos desse processo porque além de ser perigoso é menos eficiente.

A grande vantagem da fusão nuclear usando hélio-3 (deutério-hélio-3) é que se trata de reação aneutrônica, sem geração de nêutrons, mas de prótons (partículas eletricamente carregadas que podem ser controladas por campos eletrostáticos). Em termos de geração de energia significa mais eficiência, além de não gerar lixo nuclear. Estima-se um custo de cerca de US$ 6 bilhões para o primeiro protótipo comercial de uma usina nuclear de hélio-3, e, nesse cenário, explica Schmitt, os investimentos compensariam a partir da implantação de cinco usinas de 1000-megawatts trabalhando juntas (o custo do quilowatt-hora US$ 0,05).

Entretanto, a fusão deutério-hélio-3 não é o único tipo de reação aneutrônica. Empresas como a norte-americana Tri Alpha Energy, preocupada com os altos custos de exploração do hélio-3 na lua, concentram-se em alternativas com elementos abundantes na crosta terrestre, como a fusão próton-boro (o boro é abundante na crosta terrestre).

Ambas reações aneutrônicas, no entanto, exigem condições específicas para produzir energia com a mesma eficiência da reação deutério-trítio, pontua Galvão. A fusão do deutério existente em uma banheira cheia de água mais o lítio de uma bateria de laptop, por exemplo, geraria aproximadamente 8% da eletricidade consumida pela cidade de Guarulhos em um ano (200 mil quilowatts-hora).

Trazendo Hélio-3 da Lua

O hélio-3 é escasso na Terra porque os ventos solares que carregam o elemento são bloqueados pelo nosso campo magnético, e na atmosfera ele é produzido em pequenas quantidades (bombardeio de raios cósmicos em átomos de hélio-4). Mas na lua, onde o hélio-3 proveniente de ventos solares consegue se fixar, estima-se que a abundância seja tal que um pedaço de solo lunar com área de dois quilômetros quadrados e profundidade de três metros, contenha 100 quilos de hélio-3, de acordo com Shmitt, volume suficiente para abastecer uma usina de fusão 1000-megawatt durante um ano. “Considerando que os foguetes Saturno V, por exemplo, levam uma carga de 50 toneladas, não é inteiramente descabido imaginar colônias lunares para explorar seu solo, extrair hélio-3 e transportá-lo para a Terra, como quer fazer o governo chinês”, afirma Galvão.

O grande desafio, segundo Schmitt, será enviar foguetes da Terra para a lua a um custo muito mais baixo do que os que mantêm a Agência Espacial Americana (Nasa), por exemplo. Em 2005, o custo de transporte em um foguete como o Saturno V seria aproximadamente US$ 60 mil por quilo. Uma modernização da Saturno VI dobraria a capacidade de carga e diminuiria custos para US$ 3 mil por quilo (o projeto Saturno começou na década de 1960, com o então presidente Dwight Eisenhower). O professor Ricardo Galvão tem dúvidas e, pessoalmente, considera a empreitada inviável “mesmo considerando a viabilidade dos protótipos reatores deutériohélio-3, é difícil acreditar que haveria interesse em investir em fontes de energia em que o combustível tenha que ser transportado da lua por foguetes!”.

Terra sem Lei

Schmitt acredita que um grande diferencial dessa corrida é a presença da iniciativa privada. Empresas como a israelense SpaceIL e a norte-americana Moon Express já se mobilizam, demarcando terreno na exploração espacial. Ambas são participantes no Lunar X-Prize, um prêmio de 30 milhões de dólares oferecido pela Google a engenheiros, desenvolvedores e inovadores que desenvolvam tecnologia de exploração espacial mais barata.

Mas será que quem chegar primeiro na lua adquire direito de explorar seus recursos? O Tratado do Espaço Exterior (1967), assinado pela União das Nações Unidas, proíbe explicitamente qualquer nação de ser dona da lua e de explorar seus recursos para obter lucro, mas não diz claramente se isso se estende a indivíduos e companhias privadas.

As tentativas de ratificá-lo nesse sentido levaram ao Tratado da Lua (1984), que proíbe a exploração do espaço, da lua e de outros objetos celestes visando lucro. No entanto, Rússia, Estados Unidos e China se recusaram a assinar o tratado. Enquanto isso, a venda de propriedades na lua existe pelo menos desde 1980, com a organização Lunar Embassy, que se autoproclama líder no mercado de venda de terrenos extraterrestres, com mais de cinco milhões de membros.

Fonte

A Conquista do Universo - Minerando a Lua

Mineração espacial começará a ser testada na ISS

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Mineração espacial

Astronautas da Estação Espacial Internacional estão prestes a começar a testar os primeiros dispositivos de mineração espacial do mundo.

Os protótipos de biorreatores já estão na Estação, e agora os astronautas estão se preparando para usá-los para estudar como organismos microscópicos podem ser usados para recuperar minerais e metais das rochas espaciais.

Astrobiólogos da Universidade de Edimburgo, no Reino Unido, levaram 10 anos para desenvolver os reatores, chamados reatores biominerais, cada um do tamanho de uma caixa de fósforos. Dezoito deles foram levados para a Estação Espacial.

O estudo promete ajudar nos esforços para estabelecer assentamentos tripulados em mundos distantes, ajudando a desenvolver maneiras de obter minerais essenciais para a sobrevivência no espaço.

Os testes revelarão como a baixa gravidade afeta a capacidade natural das bactérias de extrair materiais úteis - como ferro, cálcio e magnésio - das rochas.

Esses resultados também podem ajudar a melhorar o processo - conhecido como biomineração - que tem inúmeras aplicações na Terra, inclusive na [recuperação de metais a partir de minérios e na agromineração.

Utilidade para o espaço e para a Terra

Os experimentos envolverão a inserção de pequenos pedaços de rocha de basalto - que compõem a superfície da Lua e de Marte - em cada reator biomineral, que será então submerso em uma solução bacteriana.

Os testes em microgravidade servirão para descobrir como as condições em asteroides, na Lua e em planetas como Marte, com gravidade mais baixa do que a Terra, podem afetar a capacidade das bactérias de extrair minerais das rochas encontradas lá.

O experimento também analisará como as bactérias crescem e formam camadas - conhecidas como biofilmes - nas superfícies naturais do espaço. Além de fornecer informações sobre como a baixa gravidade afeta os biofilmes, os resultados também melhorarão a compreensão de como os micróbios crescem na Terra e como pode ser possível evitar esse crescimento - os biofilmes compõem a forma mais difícil de combate às infecções bacterianas.

Ao final dos testes, que deverão durar três semanas, o material será enviado de volta à Terra, para ser analisado pela equipe de Edimburgo e em um laboratório da Universidade de Stanford.

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