Conceptual design di un impianto per la produzione di ossigeno da regolite lunare

La sintesi di risorse su altri corpi celesti e una necessita fondamentale per l’evoluzione dell’esplorazione spaziale: le tecnologie ISRU (“In-Situ Resource Utilization”) rispondono a questo bisogno, sviluppando processi adatti alle condizioni ambientali e alle materie prime presenti al di fuori della Terra. Nell’ottica di modellare e progettare impianti adatti alla produzione su vasta scala per il sostentamento di missioni e avamposti, il contributo dell’ingegneria chimica e di processo si sta delineando come fondamentale. Questo lavoro analizza approfonditamente le tecnologie allo stato dell’arte per la produzione di ossigeno sulla Luna, sia come componente indispensabile dei sistemi di respirazione sia come propellente chimico. Per lo svolgimento di questo lavoro, in primo luogo e stata condotta una ricerca bibliografica sull’ambiente lunare e sulla principale risorsa presente in situ: la regolite lunare, una miscela di ossidi che in forma di polvere costituisce il manto che ricopre gran parte della superficie della Luna. Successivamente sono stati analizzati da un punto di vista qualitativo e quantitativo, attraverso indici sviluppati appositamente, i principali processi per la produzione di ossigeno a partire da regolite lunare. Per l’analisi di maturità tecnologica e stato fondamentale approfondire processi terrestri analoghi, che sono utilizzati su scala industriale e già ottimizzati per questo scopo. E stata poi delineata una specifica di progetto con lo scopo di fornire delle linee guida per la progettazione di impianti ISRU lunari. L’ultima parte del lavoro presenta l’applicazione di queste linee guida ad una delle tecnologie più promettenti: l’elettrolisi a regolite fusa. E stato sviluppato un modello per simulare il processo, che consente di caratterizzare le correnti in uscita e il fabbisogno energetico del reattore elettrolitico al variare della resa in ossigeno e delle condizioni operative.