Naukowcy z AGH opatentowali system, który ma pozwolić na pozyskiwanie wody z pokładów lodu ukrytych w regolicie pod powierzchnią Marsa. Wynalazek naukowców z AGH został objęty przez Urząd Patentowy RP ochroną patentową pod numerem PL 247201 B1 o nazwie: „Sposób pozyskiwania wody z lodu w regolicie oraz instalacja do pozyskiwania wody z lodu w regolicie”.
Mars miał kiedyś gęstszą atmosferę, a na jego powierzchni występowała woda w stanie ciekłym, skąd wniknęła w głąb regolitu. Kiedy doszło do zmian wywołanych rozrzedzeniem atmosfery, woda z powierzchni zniknęła, a pod powierzchnią zachowała się głównie w formie lodu gruntowego.
Marsjański regolit składa się głównie z minerałów krzemianowych związanych z dawną aktywnością wulkaniczną, tlenków żelaza, które odpowiadają za to, że Marsa nazywamy „Czerwoną Planetą” oraz siarczanów, perchloranów, glin i minerałów ilastych, a także drobnoziarnistego, naładowanego elektrostatycznie pyłu. Co istotne w kontekście patentu opracowanego w AGH, w tej warstwie na Marsie znajdują się także znaczące rezerwuary lodu. Przy biegunach jest ich więcej i mogą znajdować się nawet kilkanaście centymetrów pod powierzchnią, natomiast na średnich szerokościach geograficznych, chociaż też dość bogate, mogą być położone trochę głębiej – od kilkudziesięciu centymetrów do kilku metrów, a w skrajnych przypadkach – kilkudziesięciu metrów pod powierzchnią. Najmniej lodu znajduje się najprawdopodobniej w regolicie w okolicy rejonów równikowych.
Średnia temperatura na Marsie wynosi około -62 stopnie Celsjusza. Maksymalnie dochodzi do 20 lub 30 stopni Celsjusza, ale jej minimalna wartość może sięgać nawet -140 stopni. Ze względu na niskie temperatury i bardzo niskie ciśnienie (mniej niż 1% tego ziemskiego!) pozyskanie wody nie jest łatwe – w naturalnych warunkach po podgrzaniu lodu woda od razu tam sublimuje, a więc zamienia się w parę wodną.
Jednym ze sposobów na odzyskanie wody z regolitu Marsa jest ułatwienie sublimacji do nasyconej pary wodnej i sprawienie, że zacznie się ona skraplać. Na tym pomyśle opiera się wynalazek naukowców z AGH, który został objęty przez Urząd Patentowy RP ochroną patentową pod numerem PL 247201 B1, o nazwie: „Sposób pozyskiwania wody z lodu w regolicie oraz instalacja do pozyskiwania wody z lodu w regolicie”.
To pierwszy polski patent w zakresie wydobywania zasobów kosmicznych – mówi dr inż. Tadeusz Solecki, emerytowany pracownik Wydziału Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH i główny twórca wynalazku.
Niezbędnym elementem systemu, który ma pomóc w odzyskiwaniu wody jest odwiert, który będzie sięgał do części regolitu, w której znajduje się lód. Odwiert ma składać się z kolumny rur technicznych perforowanych w dolnej części – to nimi wtłaczany będzie gaz podnoszący ciśnienie w wybranym obszarze ogrzanego regolitu i do nich spływać będzie z regolitu skraplająca się woda. Muszą one sięgać do warstwy bogatej w lód. Kluczowe dla uzyskania wody będzie uzyskanie odpowiedniego ciśnienia – tylko wtedy para wodna w wyniku ogrzania regolitu zacznie się skraplać i tym samym stanie się wodą, którą będziemy mogli wydobyć na powierzchnię. Do podniesienia ciśnienia wykorzystane mają być gazy z atmosfery ciała pozaziemskiego – w przypadku Marsa to głównie dwutlenek węgla. Gaz zostanie doprowadzony w odpowiednie miejsce dzięki specjalnemu układowi składającemu się ze zbiornika buforowego, sprężarki, zbiornika sprężonego gazu i rozdzielacza gazu.
Skroplona woda będzie trafiać do systemu poprzez specjalnie perforowane części kolumny rur technicznych oraz do pompy przyłączonej do dolnej części rur wydobywczych, umieszczonych wewnątrz kolumny rur technicznych. Nad pompą, po zewnętrznej stronie rur wydobywczych ma znajdować się ruchome źródło ciepła, które pozwoli na równomierne eksploatowanie wybranego obszaru regolitu bogatego w lód. Jeśli woda osiągnie odpowiednio wysoki poziom w kolumnie rur technicznych, uruchomi się pompa i przekieruje wodę w górę – do rozdzielacza wody i gazu umieszczonego na powierzchni ciała pozaziemskiego. Tam zostanie odseparowany gaz od wody, a woda trafi do szczelnego zbiornika na powierzchni planety, gdzie będzie magazynowana. Tym samym będzie nadawała się już od użytku, ale gdyby wciąż znajdował się w niej gaz, przewidziany jest drugi rozdzielacz, który pozwoli na ponowne oddzielenie jej od pozostałego w niej gazu.
Instalacja zawierać będzie także specjalistyczne elementy, takie jak czujniki temperatury, poziomu wody i ciśnienia oraz zintegrowane systemy ogrzewania zasilane energią słoneczną, zapewniające zrównoważoną i wydajną pracę w środowisku pozaziemskim.
Dr inż. Tadeusz Solecki w trakcie swojej pracy naukowej opracował wiele patentów (także europejskich), z których część związana była z wykonywaniem odwiertów eksploatujących wodę na Ziemi. Inspiracją do zajęcia się projektem wydobywania wody z regolitu na Marsie była współpraca z jednym ze studentów, Gordonem Wasilewskim. Jak podkreśla dr inż. Tadeusz Solecki, do sukcesu przyczynił się także rzecznik patentowy AGH, mgr inż. Robert Klisowski, który skutecznie dowiódł zasadności zastrzeżeń patentowych związanych z tym wynalazkiem w toku postępowania przed Urzędem Patentowym RP.
Chociaż konieczność pozyskiwania wody na Marsie wydaje się dziś odległą perspektywą, to będzie jednym z pierwszych niezbędnych kroków w trakcie zakładania bazy. Zatem przygotowanie odpowiednich rozwiązań zawczasu daje szansę na ich ulepszanie i dyskusję nad nimi jeszcze zanim staną się niezbędne. Dr inż. Tadeusz Solecki przyznaje, że już ma pomysł na poprawienie wydajności opatentowanego rozwiązania.
W przyszłości już w trakcie kolonizacji Marsa wodę pozyskiwaną metodą dr Soleckiego będzie można wykorzystywać do produkcji wodoru jako paliwa.
Co istotne, chociaż Mars jest planetą, do której warunków przede wszystkim zostało dostosowane rozwiązanie, nic nie stoi na przeszkodzie, by zostało wykorzystane także na innych ciałach niebieskich, na których panują analogiczne warunki – czyli regolit bogaty w lód i atmosfera zawierająca niezbędne ilości gazu.
Źródło: AGH
Opracował: Paweł Z. Grochowalski
