달에 있는 천연 자원의 종류와 우리의 활용 가치는?

 

한때 달 탐사에 열을 올리던 미국이 달 탐사에 주춤하던 사이 후발대로 출발한 나라들에 의해 달에 상당량의 얼음이 있음이 밝혀지며 달에 대한 관심이 새롭게 증폭되었습니다. 

 

멸망할 지구에 대한 대안으로 등장했던 달에서 인간 생존에 기본 요소인 물이 없음으로 그 가치를 상실했지만

얼마 전에 발견된 상당량의 얼음은 개발의 필요성과 가능성을 다시 상기시키며 달에 있는 자원에 관심을 집중시킵니다.

 

달에는 수십억의 인류가 10만 년 동안 생존할 수 있는 다양한 자원이 풍부하게 있습니다.  인류가 이것들을 얻기 위해서는 달에 인간이 생존하는데 필요한 필수 요소가 있어야 합니다. 

1. 물  : (발견된 얼음에서 확보 가능)
2. 수소 :  (물에서 연료와 로켓 추진제를 얻을 수 있고)
3. 산소 : (인간의 호흡을 위해 물에서 나오는 산소를 활용 가능)

기본적으로 이 세가지가 있으면 달에 있는 광물을 채굴할 수 있습니다.  다행히 달의 토양에는 인공 대기를 만들기에 충분한 산소가 있고 음영에서 발견된 얼음으로 물이 확보되었지만 이 얼음이 먹을 수 있는 물인지를 불확실합니다.

달 표면에 많은 유리 구슬은 수십 억 톤의 물을 담고 있습니다

 

달에 있는 자원

1992년 12월 7일  아폴로 16호 승무원이 데카르트 분화구 근처에서 수집한 자료에 따르면, 달 에는 미래에 개발될 수 있는 상당한 천연자원이 있습니다. 달에 있는 자원을 이용할 수 있다면 달 탐사와 그 너머의 비용과 위험을 줄일 수 있을 것이며 또한 잠재적으로 달 자원을 위해 거주 가능성을 타진할 수 있습니다.

  
달에 있는 천연자원 물질은 달 탐사를 지속적으로 가능하게 하고

지구와 달 근처(소위 시스루나 공간)에서 과학 및 경제 활동을 촉진하여 세계 경제에 직접 기여할 수 있습니다.

 

달 토양에 있는 산소는 대사 산소와 로켓 추진제 산화제의 공급원이 될 수 있고

얼음물은 방사선 차폐 , 생명 유지, 산소 및 로켓 추진제 공급원료를 위한 물을 제공할 수 있습니다.

그 외에 음영에서는 휘발성 물질인 메탄 ( CH)과 
암모니아 ( NH)
이산화탄소 ( CO)
일산화탄소 (CO), 등의 다양한 광물을 얻을 수 있습니다.

달에는 탄소와 질소가 부족하고 금속과 원자 산소가 풍부한 것으로 알려져 있지만 그 분포와 농도는 아직 알려지지 않았습니다. 앞으로 더 많은 달 탐사를 통해 경제적으로 유용한 물질이 얼마나 더 추가될지 드러날 것이며 이 물질이 경제적으로 개발될 수 있을지도 집중 연구되어야 할 것입니다.

 

태양 에너지 , 산소 및 금속은 달에 풍부한 자원입니다. 달 표면에 있는 것으로 알려진 원소로는 수소, 산소 (O), 규소 (Si), 철 (Fe), 마그네슘 (Mg), 칼슘 ( Ca), 알루미늄 (Al), 망간 (Mn) 및 티타늄 (Ti). 등이 있고 산소와 철 및 규소는 상당한 것으로 추정됩니다.

Apollo 17의 팀 연구에 따르면 달의 외기권에는 미량의 수소(H 2 ), 헬륨(He), 아르곤(Ar) 및 암모니아(NH 3 ), 이산화탄소(CO 2 ) , 메탄(CH4 )등이 있고 미량의 가스가 있습니다  늙은 별이 행성을 삼키고 빛을 발하다

 

태양광 발전 

달은 약 2주 동안 낮이고 2주 동안 밤이 지속됩니다.

달의 남극은 일정한 태양광에 노출된 분화구 가장자리가 있는 반면  분화구 내부는 영구적으로 햇빛이 없이 음영상태이며 이곳에 상당한 양의 얼음이 남아 있습니다.

달의 남극 근처에 달 자원 처리 시설을 배치함으로써 태양열 발전 전력은 지속적으로 얻을 수 있습니다. 기후 상승을 가져오는 온실가스 감소를 위해 개인이 할 수 있는 것

 

 

원자력

 
Kilopower 핵분열 시스템은 달이나 화성 같은 곳에서 승무원의 장기 기지를 위한 안정적 전력생성을 위해 개발되고 있습니다. 

달에 있는 우라늄과 토륨을 활용한다면 지구에서 수입된 것보다 더 경제적일 수 있습니다. 

방사성 동위원소 열전 발전기 (RTG)는 지구에서 사용하고 있는 유도 핵분열이 아닌 방사성 동위원소의 자연 붕괴를 이용하는 또 다른 형태의 원자력입니다. 달에 존재하고 있는 플루토늄-238 또는 스트론튬-90을 생산할 수 있어 햇볕이 없이도 독립적으로 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.  핵탄두를 보유하고 있는 국가의 목적과 의도는?

산소

 

산소는 종종 철분이 풍부한 달의 광물과 유리에서 산화철로 발견됩니다. 
달 표토에서 산소를 추출하기 위한 최소 20가지 이상의 방법이 제시되었으며  높은 에너지 투입이 요구됩니다.

금속산화물에서 1,000톤의 산소을 추출하면 유용한 금속도 생성되지만 물을 공급 원료로 사용할 수도 있습니다.

 

산소추출을 위한 첫째 방법은  원소 철(Fe)과 물(H 2 O)을 형성하기 위해 수소 가스(H 2 )로 산화철을 환원시킨 다음 물을 전기분해 하여 저온에서 액화되어 저장될 수 있는 산소를 생성합니다. 방출되는 산소의 양은 달의 광물과 유리에 함유된 산화철의 양에 따라 달라지며. 달 토양의 산소 생산은 상대적으로 빠른 수십 분 안에 발생합니다. 반대로 달의 유리에서 산소를 추출하려면 몇 시간이 걸립니다.  풍력 터빈이 건강에 미치는 영향 최신 연구 결과    

 

 

물 

달에 물은 영구적으로 그늘진 달의 북반구에서 13,361 km2, 남반구에서 17,698km 2로 총면적이 31,059 km2 인 것으로 확인되었습니다.   얼음물이 달 극의 표면에 존재하지만 대부분 남극 지역에 있으며 얼음물은 작은 조각형태로 있는 것으로 알려졌습니다. 

달에 물은 물을 함유한 혜성, 소행성 및 유성체의 정기적인 폭격에 의해  달에 전달되었거나 산소가 함유된 광물에 영향을 미치는 태양풍의 수소 이온( 양성자 )에 의해 현장에서 지속적으로 생성되었을 수 있습니다.  하루는 왜 24시간 이여야 하는가?

 

수소 

 

달의 극을 마주하는 달 표면의 경사면에 농도가 높은 수소가 있습니다.

이는 달의 경사면이 수소 기화를 유발하는 햇빛에 덜 노출되기 때문이며 극에 가까운 경사면은 약 45 ppmw의 더 높은 수소 농도를 나타냅니다.

달에 수소가 존재하는 것은 수소를 함유한  혜성과 소행성의 충돌로 달에 퇴적되었을 수 있다는 설이며 

또 다른 설은 달 표면의 화합물과 상호 작용하는 태양풍이 물과 같은 수소 함유 화합물을 형성했을 수 있다입니다.

태양풍은 표토에 양성자를 주입하여 양성자화된 원자를 형성합니다.  세계 최고량의 방사능 피폭자 오우치 히사시 증상과 사망

 

 

금속(철) 

철 (Fe)은 모든 현무암(중량당 ~14-17%)에 풍부하지만 대부분 규산염 광물(예: 휘석 및 감람석 )과 저지대의 산화 광물 일메나이트에 고정되어 있습니다.

철을 추출하기 위해서는 상당한 에너지가 필요합니다. 달에서 철, 산소 및 액체 물 사이의 반응의 산물인 적철광, 산화철(Fe 2 O 3), 이  발견되었습니다.  지구의 크기와 부피 그리고 질량, 밀도는 얼마나 될까?

 

티타늄 

티타늄 (Ti)은 우주항공용으로 사용되며 철, 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴 등의 원소와 합금을 생산할 수 있습니다. 일메나이트 광물은 태양풍으로부터 수소(양성자)를 가두므로 달에서 귀중한 원소인 수소도 생성됩니다. 달의 북서쪽 근방의 광대한 범람 현무암( Mare Tranquillitatis )에서 지구의 암석보다 10배나 많은 티타늄 함량을 보유하고 있습니다.  지구 핵에서 희귀 동위원소 헬륨가스 누출

 

알루미늄 

 

알루미늄은 우수한 전기 전도체이며 원자화된 알루미늄 분말은 산소와 함께 연소될 때 우수한 고체 로켓 연료가 됩니다. 알루미늄 추출은 또한 사장석 (CaAl 2 Si 2 O 8 )을 분해해야 합니다.  원자력 발전기에 의한 인류의 현재와 미래

실리콘 

태양광을 전기로 변환하는 태양광 패널 어레이와 유리, 섬유 유리 및 다양한 세라믹을 생산하고 높은 순도의 반도체로  사용하기 위해 유용한 물질입니다

 

칼슘 

칼슘 (Ca)은 달의 고지대에서 네 번째로 풍부한 원소로, 산화칼슘과 규산칼슘은 세라믹에 유용하고  순수한 금속칼슘은 유연성이 있어 산소가 없는 상태에서 우수한 전기 전도체가 됩니다. 지구에서 귀한 Anorthite는  달에는 풍부합니다.                원자력 사용 용도와 그의 가치는 얼마나될까

 

마그네슘 

마그네슘 (Mg)은 마그마와 달의 광물인 휘석과 감람석에 존재하며  달의 지각 하부에 더 풍부한 것으로 추측합니다.

마그네슘 은 항공 우주, 자동차 및 전자 제품용 합금등 여러 용도로 사용됩니다.

 

희토류 원소 

희토류 원소는 전기 또는 하이브리드 자동차, 풍력 터빈, 전자 장치 및 청정에너지 기술 등을 제조하는 데 사용됩니다. 희토류 원소는 지구의 지각에 풍부하지만 경제적으로 개발 가능한 광상은 흔하지 않습니다.

주요 매장량은 중국, 캘리포니아, 인도, 브라질, 호주, 남아프리카 및 말레이시아에 존재하며,  중국은 전 세계 희토류 생산량의 95% 이상을 차지합니다.  지구 온난화가 더 강력한 코로나를 깨울 수 있다

 

 

헬륨 -3 

한 추정에 따르면, 태양풍은 100만 톤 이상의 헬륨-3 ( 3 He)을 달 표면에 퇴적시켰습니다. 영구적으로 그늘진 곳에서는 50 ppb의 농도의 희토류가 있으며 , 비교를 위해 지구 대기의 헬륨-3은 7.2 ppt에서 발생합니다.

중국은 달 탐사를 통해 달에 희토류 채굴의 가능성을 조사하고 있으며, 특히 지구의 에너지원으로 사용할 동위 원소 헬륨-3을 찾고 있습니다.  

헬륨-3는 일단 채굴되면 고갈될 수 있는 제한된 달 자원이라는 점입니다.  우주에서 출산 가능할까?. 알아도 쓸데없지만 재미 있는 지식

 

탄소와 질소  

달에 있는 탄소 (C)는 태양풍과 미세 운석 충돌에 의해 생성되었으며 강철을 만드는데 필요합니다. 극도로 낮은 온도로 인해 달 극의 음영지역에는 고체 이산화탄소를 포함 한 콜드 트랩이 있습니다.

탄소는 달 극지방의 얼음에  존재하며  탄소 함유 화합물에는 일산화탄소(CO), 에틸렌(C 2 H 4 ), 이산화탄소(CO 2 ), 메탄올(CH 3 OH), 메탄(CH 4 ), 황화카르보닐(OCS), 시안화수소가 포함됩니다. (HCN), 및 톨루엔(C 7 H 8 ). 등이 포함됩니다. 

질소 (N)는 지구로 다시 가져온 토양 샘플에서 측정되었으며 5ppm 미만의 미량으로 존재합니다.

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추출 방법 

달에 풍부한 자원을 경제적 이용가치로 활용하기 위해서는 물질 추출을 위해 달에 안전 착륙가능한 기반시설과 인프라를 성공적으로 건설해야 할 것입니다.

달에 다양한 자원을 추출하려는 제련소는 현무암질 용암을 처리하여 순수한 칼슘, 알루미늄, 산소, 철, 티타늄, 마그네슘 및 실리카 유리로 분해할 수 있고 표토에서 티타늄을 추출하는 동시에 부산물로 산소를 생성하는 FFC 캠브리지 공정을 추가로 개발했습니다.  또 다른 제안은 지구에서 가져온 불소를 불화칼륨으로 사용하여 달의 암석에서 원료를 분리하는 것을 구상하고 있습니다  달에 대해 얼마나 알고 있습니까?

 

채굴의 법적 지위 

 

달에 있는 자원을 체굴 하는 데는 우주법, 우주 조약 및 달 조약 있습니다.
처음 달 착륙에 소련이 깃발을 꽂았고 이어 미국이 달에 발을 딛었지만 달 표면의 어느 부분도 소유권을 주장하는 국가는 없으며 현시점에서 달의 국제적 법적 채굴에 대한 지위는 불분명하여 논란의 여지가 있습니다.

 

러시아, 중국 및 미국은 1967년 우주 조약 ( OST)을 체결했으며

일반적으로 2015년 국제 우주법 연구소(International Institute of Space Law)가 발표한 우주 조약에 대한 전문가들의 해석은 우주 자원을 가져가는 것에 대한 명확한 금지 조항이 없다는 점을 고려할 때 우주 자원의 사용이 허용된다고 결론을 내릴 수 있습니다. 

마지막 2018년 시도된 달 채굴 규칙 협상에서  달 자원 개발의 타당성이 확립될 때까지 연기하기로 하였습니다.
미국은 2015년 미국 상업용 우주 발사 경쟁력법(US Commercial Space Launch Competitiveness Act of 2015)을 도입해 우주 채굴을 합법화했으며 유사하게 합법화된 나라로는  현재 룩셈부르크, 일본, 중국, 인도 및 러시아를 포함한 다른 국가에서 복제되고 있습니다.

 

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