Cuộc khủng hoảng từ Trái Đất...

Trong bài viết "Tính khả thi của việc khai thác Helium-3 trên Mặt Trăng", học giả của Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) cho biết với việc nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt và nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng, nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế là rõ ràng. Khi nguyên liệu trên Trái Đất ngày càng hiếm thì nhiều người đã nghĩ đến việc khai thác trên Mặt Trăng...

Khi phi hành gia Harrison Schmitt đặt chân lên Mặt Trăng, vào ngày 12/12/1972 từ tàu Apollo 17, dầu được giao dịch ở mức 3,60 đô la Mỹ/thùng và những chiếc ô tô ngoại cỡ thì vẫn ngốn sạch hết thùng dầu cao cấp, không chì này đến thùng khác. "Cuộc khủng hoảng năng lượng" là điều mà thế giới chưa từng nghe đến.

37 năm sau, năm 2009, không còn ai đi bộ trên Mặt Trăng, mức tiêu thụ năng lượng của thế giới đã tăng gần gấp đôi, trữ lượng dầu đang cạn kiệt nhanh chóng và nhân loại đang phải đối mặt với một trong những thách thức khắc nghiệt nhất trong lịch sử: Thiếu năng lượng.

Là một nhà địa chất được đào tạo bài bản, cựu phi hành gia NASA Schmitt tin rằng ông có một giải pháp, giải pháp đó mang tên "Helium-3". Harrison Schmitt cho rằng phản ứng tổng hợp có thể giúp "đáp ứng nhu cầu năng lượng tăng gấp 8 lần hoặc cao hơn được dự đoán cho đến trước năm 2050".

* Helium-3 là một đồng vị của Helium với hai proton và một neutron.

Trong cuốn sách xuất bản năm 2006 của mình - "Return to the Moon" - Harrison Schmitt (nhà địa chất học riêng của chương trình Apollo) trình bày một trường hợp thuyết phục để khai thác tài nguyên Helium-3 trên vệ tinh tự nhiên của chúng ta - một loại nhiên liệu khả thi cho các nhà máy điện nhiệt hạch "thế hệ thứ 2".

Ý tưởng khai thác một dạng năng lượng sạch và hiệu quả từ Mặt Trăng đã kích thích giới khoa học viễn tưởng và thực tế trong những thập kỷ gần đây. Không giống như Trái Đất, được bảo vệ bởi từ trường của nó, Mặt Trăng đã bị gió Mặt Trời bắn phá một lượng lớn khí Helium-3.

Người ta cho rằng đồng vị này có thể cung cấp năng lượng hạt nhân an toàn hơn trong lò phản ứng nhiệt hạch, vì nó không phóng xạ và sẽ không tạo ra các chất thải nguy hiểm, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) cho biết.

Cụ thể, trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khoa học đã bị hấp dẫn bởi Helium-3 và nguồn nhiên liệu tiềm năng của nó cho phản ứng tổng hợp hạt nhân. Phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra tự nhiên, khi hai nguyên tử nhẹ hợp nhất thành một nguyên tử nặng hơn dưới áp suất và nhiệt độ cực lớn. Chúng diễn ra bên trong các ngôi sao nhưng con người vẫn chưa tạo ra lò phản ứng nhiệt hạch với đủ năng lượng để khởi động quá trình này.

Helium-3 là nguyên liệu siêu hiếm, siêu đắt đỏ trên Trái Đất. Theo Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, Helium-3 đặc biệt hứa hẹn vì nó tạo ra ít chất thải phóng xạ và hạt nhân hơn đáng kể so với các nguyên tố khác. Quá trình phân hạch hạt nhân hiện nay, được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân, giải phóng không chỉ năng lượng mà cả phóng xạ, nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng phải được tái xử lý thành uranium, plutonium và các chất thải khác.

Đó là một quá trình làm dấy lên những lo ngại nghiêm trọng về an toàn và kết quả là các nhà khoa học đã tìm cách tạo ra năng lượng hạt nhân từ phản ứng tổng hợp hạt nhân, thay vì phản ứng phân hạch. Trong quá trình nhiệt hạch, chất thải phóng xạ không được tạo ra, có khả năng tạo ra nguồn nhiên liệu an toàn và hiệu quả hơn.

Ước tính, khoảng 25 tấn Helium-3 (tương đương với khoang chở hàng của Tàu con thoi được nạp đầy) có thể cung cấp năng lượng cho Mỹ trong một năm với tốc độ tiêu thụ năng lượng hiện tại. Điều này có nghĩa là Helium-3 có giá trị kinh tế tiềm năng là 3 tỷ USD/tấn, Discovery.com thông tin.

Hãng TASS (Nga) cho biết, vào năm 2018, người đứng đầu tổ chức Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ, Tiến sĩ Kailasavadivoo Sivan, cho biết về mặt lý thuyết, lượng Helium-3 tìm thấy trên Mặt Trăng sẽ giúp ngành năng lượng thế giới hoạt động trong ít nhất 250 năm.

Cuộc đua lên Mặt Trăng

Helium-3 trên Mặt Trăng thường được coi là lý do chính để quay trở lại Mặt Trăng.

Asia Times cho rằng có một "cuộc chiến khai thác bí mật" đang diễn ra trong không gian đối với Helium-3 giữa Trung Quốc, Mỹ và có thể là Nga về các nguồn tài nguyên tiềm năng trên Mặt Trăng.

Vào những thời điểm khác nhau, các kế hoạch chiết xuất Helium-3 từ đất Mặt Trăng đã tồn tại ở Nga, Mỹ và Ấn Độ. Hiện tại Helium-3 không được khai thác trên Trái Đất. Nó là sản phẩm phân rã của Tritium được sản xuất nhân tạo, TASS thông tin.

Hành trình lên Mặt Trăng khai thác nguyên liệu hạt nhân sạch này lại tiếp tục được thôi thúc sau khi vào năm 2022 các nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố phát hiện tinh thể Mặt Trăng hiếm, hứa hẹn có thể cung cấp năng lượng dồi dào, vô tận cho Trái Đất.

Tinh thể này được tìm thấy trong các hạt bazan Mặt Trăng được thu thập từ Mặt Trăng vào năm 2020 và đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ ba phát hiện ra khoáng chất Mặt Trăng mới, sau Mỹ và Liên Xô.

Viện Nghiên cứu Địa chất Uranium Bắc Kinh, Trung Quốc, đã đặt tên cho khoáng chất phốt phát là Changesite-(Y), theo tên của nữ thần Mặt Trăng trong thần thoại Trung Quốc, Hằng Nga. Tinh thể này trong suốt và có chiều rộng gần bằng một sợi tóc người. Nó được hình thành trong một khu vực của Mặt Trăng có hoạt động núi lửa khoảng 1,2 tỷ năm trước.

Một trong những thành phần chính được tìm thấy trong tinh thể này là Helium-3. Nguyên tố này cực kỳ hiếm trên Trái Đất nhưng nó được cho khá phổ biến trên Mặt Trăng.

Đó là lý do nhiều công ty tư nhân và các quốc gia có cơ quan vũ trụ đã nổ ra cuộc chạy đua khai thác Mặt Trăng để lấy Helium-3.

Được biết, sứ mệnh Mặt Trăng tiếp theo của Trung Quốc dự kiến sẽ là Hằng Nga 6 vào năm 2024, sứ mệnh này sẽ cố gắng thu thập các mẫu đầu tiên từ phía xa của Mặt Trăng - nơi không bao giờ đối diện với Trái Đất.

Trong khi đó, NASA của Mỹ đang từng bước thực hiện Chương trình Artemis đưa người trở lại Mặt Trăng của mình. Dự kiến, cũng trong năm 2024, Mỹ sẽ đưa 2 phi hành gia tái đổ bộ Mặt Trăng.

Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) cũng đã cân nhắc việc sử dụng Mặt Trăng để hỗ trợ các sứ mệnh tiến xa hơn vào Hệ Mặt Trời.

Ngoài các quốc gia du hành vũ trụ truyền thống, Ấn Độ trước đây đã chỉ ra mối quan tâm của mình trong việc khai thác bề mặt Mặt Trăng.

Doanh nghiệp tư nhân cũng quan tâm đến việc sử dụng nhiên liệu từ Mặt Trăng - mặc dù có thể bằng cách chiết xuất nước chứ không phải Helium-3. Công ty Năng lượng Shackleton (Mỹ) dự kiến cung cấp nhiên liệu đẩy cho các nhiệm vụ trên khắp Hệ Mặt Trời bằng cách sử dụng nước trên Mặt Trăng.

Một số đội tranh giải Google Lunar X-Prize cũng coi khai thác Mặt Trăng là mục tiêu cuối cùng của những tàu đổ bộ của họ.

Khó có thể thành công?

Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) ước tính, để cung cấp 10% nhu cầu năng lượng toàn cầu vào năm 2040, cần 200 tấn Helium-3 mỗi năm.

Để làm được điều đó, tốc độ khai thác vật liệu Mặt Trăng (regolith) thu được sẽ phải là 630 tấn mỗi giây. Điều này sẽ cần từ 1.700 đến 2.000 phương tiện khai thác Helium-3 nếu sử dụng máy khai thác Mark III của Đại học Wisconsin, Mỹ.

Tính khả thi đã được giải quyết trong 3 khía cạnh.

- Về mặt kỹ thuật, nhiệm vụ cực kỳ khó khăn và phức tạp. Tuy nhiên, hầu hết các công nghệ cần thiết đều tồn tại hoặc có thể được phát triển trong một khoảng thời gian hợp lý.

- Về góc độ chính trị và pháp lý, các hiệp ước quốc tế hiện tại hầu như không cung cấp bất kỳ khuôn khổ nào cho hoạt động khai thác Mặt Trăng.

- Về mặt tài chính, sứ mệnh chỉ tạo ra lợi nhuận ròng trong trường hợp tốt nhất và chỉ dành cho các hoạt động có quy mô từ trung bình đến lớn, đòi hỏi đầu tư ban đầu rất lớn.

Để có thể sử dụng Helium-3 trên Mặt Trăng, nghiên cứu sâu hơn nên tập trung vào hoạt động khai thác và chi phí của các nhà máy nhiệt hạch, vì tác động của chúng vượt xa tất cả các yếu tố sứ mệnh khác.

Rõ ràng, con người có thể lấy nhiều thứ từ Mặt Trăng như họ đã làm trong các nhiệm vụ của con người và tàu thăm dò. Tuy nhiên, các nhiệm vụ ấy không hề dễ dàng. Vì khoảng cách xa xôi giữa Trái Đất và Mặt Trăng.

Chúng ta có những ví dụ về những thách thức tương tự ngay tại đây trên Trái Đất: Có khoảng 45.000 đến 1,5 triệu tấn vàng trong các đại dương trên Trái Đất. Nhưng vì vàng phổ biến nên chi phí khai thác nó cao hơn nhiều so với giá thực của vàng.

Tương tự như vậy, chi phí mang Helium-3 từ Mặt Trăng sẽ rất lớn vì lý do khoảng cách và nồng độ thấp. Nồng độ Helium-3 được cho là vào khoảng 20 đến 30 phần tỷ trong đất Mặt Trăng. 

Điều đó có nghĩa là một lượng lớn bề mặt Mặt Trăng sẽ phải được thu hoạch và xử lý để trích xuất một lượng Helium-3 đáng để vận chuyển về Trái Đất. 

Chưa hết, theo Aleksandr Bloshenko - Giám đốc điều hành chương trình nghiên cứu và khoa học tại Tập đoàn Vũ trụ Nhà nước Roscosmos (Nga), phản ứng tổng hợp các nguyên tử Helium-3 đòi hỏi nhiệt độ lên đến 1 tỷ độ C. Ông không loại trừ rằng vào một ngày nào đó trong tương lai, loài người sẽ nghĩ ra giải pháp cho phản ứng tổng hợp nhiệt hạch ở nhiệt độ như vậy, TASS thông tin.

Trong tương lai, hành trình lên Mặt Trăng và sự có mặt thường xuyên của con người cùng hệ thống phương tiện khai thác Mặt Trăng có giúp chúng ta thoát được cuộc khủng hoảng năng lượng lớn hay không? Để trả lời được câu hỏi này, cần có rất nhiều thời gian nữa.