Krążące w przestrzeni kosmicznej asteroidy są ogromnymi złożami surowców takich jak żelazo, miedź, nikiel czy kobalt. Jak je pozyskiwać? To pytanie, na które odpowiedzi już dziś szukają naukowcy. Najnowsze analizy badaczek z PWr i Uniwersytetu w Oslo wskazują, skąd najlepiej będzie wydobywać miedź, by było to ekonomiczne i nieszkodliwe dla środowiska.

Badania prowadziły wspólnie dr inż. Katarzyna Łuszczek z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii PWr i dr Agata Krzesińska z Uniwersytetu w Oslo (w Norwegii jest na postdocu, doktorat obroniła we wrocławskiej PAN). Artykuł omawiający wyniki ich analiz ukaże się jeszcze w tym roku w czasopiśmie „Planetary and Space Science” publikowanym przez wydawnictwo Elsevier, a tutaj można przeczytać jego wstępną wersję.

Tekst omówiła też w swoim najnowszym newsletterze Lunar and Planetary Institute –  renomowana organizacja naukowa z Huston, wspierana przez NASA i zajmująca się badaniem Układu Słonecznego. Raz w tygodniu LPI wysyła do swoich subskrybentów informacje na temat dwóch przełomowych, związanych z kosmosem badań, których wyniki właśnie się ukazują. Analizy dr Łuszczek i dr Krzesińskiej zostały omówione w newsletterze z początku października.

„Zszokowane” asteroidy

Badaczki przyjrzały się chondrytom typu H (nazywanymi także oliwinowo-bronzytowymi). Należą one do klasy chondrytów zwyczajnych, czyli meteorytów najczęściej znajdywanych na naszej planecie. Ich ciała macierzyste, planetoidy, najliczniej występują w pasie planetoid między orbitami Marsa i Jowisza oraz wśród planetoid bliskich Ziemi. Chondryty oznaczone jako grupa H zawierają najwięcej metali, w tym miedzi, spośród wszystkich chondrytów zwyczajnych. Pochodzą z planetoid klasy S, które stanowią aż 17 proc. wszystkich planetoid (to druga pod względem liczebności grupa).

Dr Łuszczek i dr Krzesińska zmierzyły ich masową zawartość miedzi, czyli zawartość procentową tego pierwiastka w badanych chondrytach. Ustaliły w ten sposób, że planetoidy S zawierają od 70 do 100 ppm (czyli części na milion) miedzi. Występuje ona najczęściej w ziarnach metalicznych w różnych fazach stopu żelazowo-niklowego – czyli jako domieszka. Oznacza to, że jej eksploatacja wiązałaby się z koniecznością chemicznego rozpuszczania ziaren, by w ten sposób pozyskać samą miedź. A to – zwłaszcza w warunkach kosmicznych – zdecydowanie podnosiłoby koszty i wiązało się z procesami szkodliwymi dla lokalnego środowiska. Badaczki wykazały jednak, że istnieje zdecydowanie korzystniejsza alternatywa.

- Dużo większą koncentrację miedzi mają tzw. shock darkened zone, czyli w wolnym tłumaczeniu strefy planetoid pociemniałe w wyniku szoku – opowiada dr Łuszczek. – Tam występuje miedź rodzima, czyli rzadko spotykany na Ziemi minerał, w którego skład wchodzi prawie czysta miedź. Jej eksploatacja polegałaby tylko na obróbce mechanicznej.

Jak tłumaczy dr Łuszczek, „strefy pociemniałe” powstają po zderzeniach planetoid, gdy przechodzi przez nie fala szokowa. Wyzwolona wówczas energia (w postaci ciepła) powoduje topnienie minerałów w asteroidzie. – Każdy minerał inaczej reaguje na tak wysoką temperaturę. Ziarna stopu żelazowo-niklowego topią się w temperaturze około 850 st. C i dochodzi do mobilizacji występującej tam miedzi, przez co ulega ona odmieszaniu do osobnych ziaren. Mówiąc prościej: następuje wytopienie, a pozostaje jedynie czysta miedź. – Nasze badania wskazują na to, że taka „zszokowana” asteroida może zawierać od 20 do 50 proc. miedzi właśnie w takiej formie – podkreśla naukowiec.

To odkrycie jest o tyle ważne, że planetoidy ze „strefami pociemniałymi” nie są rzadkie – wręcz przeciwnie: wśród planetoid bliskich Ziemi stanowią sporą grupę.

- Do tej pory badania surowców w skałach pozaziemskich skupiały się na zawartości metali, szacowaniu zasobów itp. Nikt przed nami nie zajął się procesami złożotwórczymi, czyli w tym przypadku procesami prowadzącymi do koncentracji tych metali, a w rezultacie wskazującymi lokalne strefy wzbogacenia tych surowców, a więc miejsca, od których moglibyśmy zacząć eksploatację. Zapewne stąd duże zainteresowanie wynikami naszych badań – opowiada dr Łuszczek.

Przyszłość wiąże się z miedzią

Miedź to jeden z surowców uznawanych za strategiczne. Jest jednym z trzech najbardziej użytecznych metali na świecie, po żelazie i aluminium. Wynika to z jej właściwości fizycznych – plastyczności i ciągliwości, które umożliwiają formowanie jej w dowolne kształty. Wyróżnia ją także najlepsze przewodnictwo elektryczne i cieplne spośród wszystkich powszechnie używanych metali. Do tego jest trwała i ma właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Wszystko to sprawia, że  jest kluczowym materiałem dla innowacyjnych zastosowań w wielu dziedzinach – takich jak m.in. elektryczny transport, odnawialne źródła energii czy zrównoważone budownictwo. Stąd też według prognoz popyt na miedź w ciągu najbliższych 10 lat wzrośnie o około 30 procent.

- Tym bardziej coraz większe znaczenie ma poszukiwanie złóż miedzi także poza naszą planetą, nie tylko w kontekście kolonizacji kosmosu – dodaje dr Łuszczek. – Z naszych kalkulacji wynika, że sama tylko asteroida (6) Hebe, czyli szósta w kolejności odkrycia planetoida z pasa planetoid, uważana za ciało macierzyste chondrytów H, ma zasoby miedzi, które zaspokoiłyby nasze zapotrzebowanie zapewne na tysiące lat.  Ma średnicę o długości 190 km i zawiera 1,39 x 10¹² ton miedzi, co oznacza, że zaledwie dwucentymetrowa warstwa zewnętrzna tej planetoidy zawiera tyle miedzi, co obecnie znane nam ziemskie zasoby. Oczywiście nadal problematyczne jest to, w jaki sposób sprawić, że pozyskiwanie surowców z kosmosu stanie się opłacalne. Mamy nadzieję, że nasze badania będą jednym z kroków ku temu.

Lucyna Róg