【在月球乃至更远的小行星上采矿,距离现实还有多远?】中国国家航天局、国家原子能机构近日联合发布嫦娥五号的最新科学成果:中核集团核工业北京地质研究院在月球样品研究中发现新矿物,并将其命名为“嫦娥石”,同时还获得了嫦娥五号月壤中未来聚变能源资源——氦-3的含量和提取参数,为我国后续月球氦-3资源的遥感预测和资源总量估算,以及氦-3资源未来开发和经济评价提供了基础科学数据。这些消息不由得让人产生联想:在月球乃至更远的小行星上采矿,距离现实还有多远?

如何从月球开采“无尽的能源”

美国“太空”网站在介绍为何美国国家航空航天局(NASA)要急着“重返月球”时,特意提到了月球资源的商业开采前景,其中最受关注的当属月球上储量丰富的氦-3资源。

据介绍,可控核聚变具有能量密度大、清洁、燃料丰富、安全性高等突出优点,被认为是人类的终极能源,而氦-3能提供“最清洁的可控核聚变能源”。它作为可控核聚变的燃料之一,产生的能量是铀-235核裂变反应的12.5倍。更重要的是,与氘、氚等核聚变燃料不同,氦-3在聚变反应中不会产生中子二次辐射危险,更加清洁和可控。100吨氦-3核聚变产生的能量即可供应全球使用1年。另外,氦-3是获得极低温环境的关键制冷剂,是超导、量子计算等前沿研究领域的必需物质。

业内专家告诉《环球时报》记者,地球上氦元素主要是氦-4,氦-3储量只有0.5吨左右。但在地球上稀缺的氦-3,在月球上却是储量惊人。专家介绍说,月球上的氦-3主要来自太阳风的辐照。作为太阳核聚变的产物,携带氦-3的太阳风持续向宇宙空间喷发。当太阳风吹到月球时,由于月球没有大气和磁场,它就如同一个超级收集器,将氦-3存储在月球表面的月壤里。科学家估计,在月球形成的数十亿年间,可能遭到多达数亿吨氦-3粒子的撞击,其中相当部分被保存在月壤中。而地球的大气层和磁场虽然保护了生命的演化,但同时也将携带氦-3的太阳风阻挡在外,这也是地球上氦-3稀缺的主要原因。

美国“阿波罗”计划和苏联“月球”系列探测器取回的月球样本也都证明,氦-3在月球表面的含量远高于地壳含量,预计在月壤中的氦-3总量在65万-322万吨左右。这意味着从月球获得的氦-3足以满足地球上万年的能源需求。因此在近年的月球商业开发热潮中,不少企业都提出了从月球上提取氦-3的设想。美国“国会山”网站称,一家美国核能公司此前已经就开采月球氦-3资源签署了一份意向性协议,其中设想利用特种月球车收集月球表层的月壤,将它们运送到处理室中分离出氦-3并储存起来,等待运载火箭将其送回地球。据称,在月球收集氦-3的相关设备已经在地面进行了实际测试。

但英国伦敦大学的伊恩·克劳福德教授对于从月球提取氦-3的经济可行性提出质疑。他表示,由于氦-3在月壤中没有形成类似地球矿脉那样的富集区域,因此想要分离足够的氦-3就必须处理海量的月壤,这意味着需要相当庞大的处理设施。相关研究报告显示,如果要达到每年从月球收集100吨氦-3的能力,考虑到月壤的氦-3含量非常少(虽然相比地球含量已经很高了),需要上千辆专用矿车才能满足需求。再加上庞大的处理设备以及往返地月的太空运载工具,前期投入可能高达上万亿美元。

克劳福德还提到,当前对于月球氦-3储量的估算主要都是基于美国和苏联从月球低纬度地区带回的样本。但氦-3在月球上是否可能存在分布不均的情况?这还需要未来进一步对于月球南北极地区样本的考察。

专家介绍说,中国对嫦娥五号探测器获得的月球样本的最新研究成果,有助于推进月球氦-3的开采。此前的研究认为,想要从月壤中分离氦-3,必须提供700摄氏度以上的高温环境,这样不但耗能较高,而且速度慢,不利于在月球上原位开采。而中国科学院宁波材料技术与工程研究所、航天五院钱学森实验室、中国科学院物理研究所和南京大学等联合团队发现,月壤中钛铁矿颗粒表面存在一层非晶玻璃,它具有极高的稳定性,在月球上捕获并保存了丰富的氦-3资源。因此通过机械破碎法,可在常温下提取以气泡形式储存在钛铁矿颗粒中的氦-3,而不需加热至高温。而且钛铁矿具有弱磁性,可通过磁筛选与其他月壤颗粒分开,便于在月球上原位开采。根据月球钛铁矿总量估算,以气泡形式储藏的氦-3总量或高达26万吨,如果全部用于核聚变,可以满足全球2600年的能源需求。这些结果不但为月球上氦-3的富集机理提供了新的见解,也为未来月球氦-3的原位开采利用奠定了理论基础,对探寻月球资源的有效利用路径具有重要意义。

月球还有哪些矿产值得开采

除了氦-3之外,月球上还有大量矿产存在开采价值。其中备受关注的就是稀土元素和放射性元素。众所周知,稀土元素具有独特的磁性或催化性能,是电子器件中的关键成分,也在导弹、智能武器、导航仪、喷气发动机等军事高新技术领域有重要应用价值。但这些稀土元素的开采难度大、成本高,而且在地球上的分布很不均匀。

英国广播公司网站称,月球上的稀土元素和放射性元素广泛存在于克里普岩中。据介绍,月球形成之初,曾被深达数百公里的岩浆洋覆盖。随着温度降低,岩浆开始固化,形成岩石。当岩浆洋结晶程度达到约98%时,不相容元素(不喜欢进入固体,而喜欢进入熔体的元素)在残余熔体中高度浓缩,最终在月壳和月幔之间形成克里普岩夹层,它因富含钾、稀土元素和磷而得名。据估算,月球克里普岩中蕴藏的稀土元素、钍、铀的资源量分别约为6.7亿吨、8.4亿吨和3.6亿吨。

报道还提到,在地球上提炼稀土元素可能会对环境造成严重污染。“考虑到这点,月球是个最佳替代选择。它可能是个价值数万亿英镑的巨大市场”。

考虑到传统开采稀土元素的方法并不适用于月球或太空环境,科学家们正在寻求新概念的开采方法,其中就包括利用微生物的“生物采矿”。英国《自然·通讯》杂志称,英国科学家评估了国际空间站上3种细菌在微重力、模拟火星重力和地球重力三种条件下的生物采矿潜力,并测量了这些细菌的提取效率——从玄武岩(类似于月球和火星表面的大部分物质)浸出的14种不同稀土元素的含量。其中一种名为鞘氨醇单胞菌的微生物在三种重力条件下都能让玄武岩浸出稀土元素,而且该细菌的浸出率在三种重力条件下都差不多,玄武岩中含量最丰富的稀土元素的浸出率最高。

此外,月球的其他矿产资源也极为丰富,地球上最常见的17种元素,在月球上比比皆是。以铁为例,仅月面表层5厘米厚的砂土中就含有上亿吨铁,而整个月球表面平均有10米厚的砂土。月球表层的铁不仅异常丰富,而且便于开采和冶炼。例如,月球上的铁主要是氧化铁,只要把氧和铁分开就行;此外,科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层,铝的含量也十分丰富。

值得注意的是,在月球开采的矿产资源并不一定要全部运回地球。伴随着人类走向太空,不可能所有建筑材料都要由地球提供。月球丰富的矿产储备和低重力环境,让它可以为建造月球基地乃至太空设施提供大量关键原料。

开采小行星是否可行?

相比于“月球开矿”,在距离人类更远的小行星上进行资源采集听上去似乎更不可行。但科学家们却认为,从技术上讲,这并非没有可能。

根据NASA方面的统计,已经发现上万颗近地小行星,在木星和火星轨道之间还有一个由数百万大小不一的岩石组成的小行星带。它们大都是在太阳系形成时留下的残余,除了科研价值外,其中部分小行星还蕴含着丰富的资源,比如纯度较高的铁和铂等金属原料。

相比于在月球或火星上开矿,小行星上几乎没有重力,可以轻易运走大块材料,可行性更高。因此“小行星开矿”也赢得了各国的高度关注。2015年11月,美国时任总统奥巴马签署《美国商业太空发射竞争法案》,其中允许具备必要技术登陆小行星的个人或企业占有行星以及其他太空资源。2016年,卢森堡政府成为第一个明确表现出对小行星矿业生意具有浓厚兴趣的欧洲国家。

据介绍,“小行星开矿”的第一步是利用专业设备确认目标小行星的矿产种类和开采前景。美国私营企业“行星资源”公司正在借助卫星搜寻最适合开发的小行星。而NASA计划明年启动Psyche小行星探测任务。这颗编号“16 Psyche”的小行星可能是太阳系形成早期一颗未能成形的小型行星的裸露金属核,直径达140英里,主要由铁、镍和稀有金属构成。之前曾有媒体估算,如果将这颗小行星上的所有金属运回地球,其价值总额将是一个天文数字。

据称,在技术方案选择方面,采矿机器设备可采用太阳能供电,能减少从地球运往小行星所需燃料;在开采过程中,所有飞船和设备须紧紧固定在小行星上,以防因失重而飘走迷失于太空。

“行星资源”公司总裁兼首席工程师克里斯·列维奇表示,开采小行星并不神秘,“我们只是在重复历史上已经做过的事情,就如同殖民者登上北美大陆,利用当地资源发展和壮大。”他表示,考虑到摆脱地球引力需要耗费大量燃料,“无论前往太阳系的任何地方,只要登上地球轨道,路程就走了一半。”因此尽力利用小行星上的资源是最为经济可行的办法。例如小行星上拥有丰富的水、铁、镍和钴等资源。“使用3D打印等技术,可从小行星获取材料,然后制造出各种东西。这样就再也不用从地球用火箭运送工具、机械甚至驻地材料,从而进一步降低太空探索的成本。”但他同时承认,小行星开发还存在技术和法律问题,有待进一步解决。

#甘肃身边事# 【瞭望丨金昌探索工矿城市转型之路】

◇金昌市将新能源和新能源电池产业作为当前转型发展的重要抓手,加快建链延链补链强链,大力培育新的支柱产业,推动绿色低碳转型、实现“双碳”目标

◇金昌市已建成新能源装机273.15万千瓦,正在建设272万千瓦,2022年底新能源装机将达到500万千瓦以上

地处祁连山北麓、河西走廊“蜂腰”的甘肃省金昌市,缘矿兴企、因企设市,是古丝绸之路节点上一座典型的资源型工矿城市。

近年来,金昌市立足境内富集的矿产资源、丰富的风光资源以及完备的工业体系,把握“双碳”机遇,不断建链延链补链强链,大力发展新能源产业,探索出一条工矿城市绿色低碳复合型可持续转型发展的新路径。

深挖资源潜力

1958年,西北煤田地质勘探局一四五队地质工作者在河西走廊的一片戈壁荒漠中发现孔雀石,甘肃省地质局祁连山地质队(甘肃省地质六队)科技人员沿石索矿,敲开了戈壁荒漠镍矿宝库的大门,拉开了我国镍工业基地建设的序幕。1968年,铂、钯、金、银、锇、钌、铑、铱8种稀有贵金属从金川镍矿中被提取,为金川成为中国镍钴生产基地和铂族金属提炼中心奠定基础。

金川集团公司与金昌市相继应运而生,传统工业成为金昌市经济发展的基本盘,而金川集团公司则是金昌市工业发展的压舱石。金昌市制造业在《国民经济行业分类》制造业31个大类中占到了18个,占比达58%,工业体系完备。传统资源型工矿城市可持续转型发展、市企融合一体化高质量发展,成为金昌市经济社会发展积极探索的方向。

  当前,随着“双碳”战略深入实施,国家加快推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风光电基地建设,清洁能源产业发展迎来前所未有的机遇。位于河西走廊中段的金昌市不仅有基础、有要素,更有优势、有条件发展新能源产业。当地年平均日照辐射总量达到每平方米6200兆焦,年平均日照2955小时以上,风电规划区域70米高度实测年平均风速每秒5.8米以上,风光资源丰富,可开发风光电规模1500万千瓦以上。

  位居世界500强的金川集团公司,目前已经形成年生产能力20万吨镍、100万吨铜、1万吨钴,镍产量全球第三、钴产量全球第四、铜产量全国第四、铂族金属产量全国第一,并且研发成功高纯镍、钴品质达到“5个9”、高纯铜品质达到“7个9”。镍铜钴是新能源三元电池及电池材料产业不可或缺的金属材料,为新能源电池及电池材料产业发展聚集了独特的资源优势。

  此外,金昌市依托金川集团公司还配套形成900万吨化工产品,涉及硫化工、磷化工、氟化工、煤化工、氯碱化工、钛化工等60多种化工产品,“三酸两碱”化工原料俱全,可年产硫酸250万吨、盐酸18万吨、硝酸15万吨、烧碱40万吨、纯碱20万吨,为发展新能源电池及电池材料配套产业提供了得天独厚的条件。

  正是立足于富集的矿产、丰富的风光资源、完备的工业体系以及广阔的市场需求,金昌市将新能源和新能源电池产业作为当前转型发展的重要抓手,大力培育新的支柱产业,推动绿色低碳转型、实现“双碳”目标。

优化产业布局

近年来,金昌市努力构建以清洁能源及新材料和特色高效农业为重点的河西走廊经济带,加快建设镍铜钴新材料新能源产业创新聚集区,以新能源、电池材料、装备制造为重点,着力打造“一基地两区一中心”,培育新能源和新能源电池千亿产业链,促进新能源与多元产业互融互促、协同发展。

“一基地”就是打造新能源千万千瓦级基地。基地化、规模化、集约化、一体化开发,力争“十四五”新能源装机达到千万千瓦。金昌市已建成新能源装机273.15万千瓦,正在建设272万千瓦,2022年底新能源装机将达到500万千瓦以上。“两区”就是创建新能源产业融合发展示范区和就地消纳示范区。围绕产业融合发展示范区,一方面,以镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池为重点,积极引进头部企业;另一方面,引进新能源装备制造龙头企业。

  围绕就地消纳示范区,积极实施“源网荷储智”一体化与多能互补示范项目,吸引产业落地。依托金川集团公司、金昌国家级经开区、金昌紫金云大数据产业园产业基础、用电负荷、电网及调峰电源等,优化整合本地电源侧、电网侧、负荷侧资源,积极引进载能产业、新能源工程车、物流车、矿山车及充换电站,做大用电负荷规模,建设风电、光伏及储能电站,通过直供园区增量配电网,同步建立完善电力销售、服务体系,为园区提供绿色、低价电力,降低企业用电成本,试点开展二氧化碳捕集技术应用,加快建设绿色零碳园区,开展碳排放交易,提升外贸绿电产品市场竞争力。

  “一中心”就是建设河西走廊新能源调峰中心。围绕构建“风光水火核氢储”一体化发展的清洁能源体系,建设一批风光电、光热项目和移动式、固定式储能电站,加快建设100MW/600MWh高温熔盐储能项目,实施永昌300MW/1200MWh压缩空气储能电站项目,推进120万千瓦抽水蓄能电站项目;灵活性改造一批清洁高效先进节能的火电项目,加快推进发电机组节能降耗改造、供热改造和灵活性改造,提升煤电机组清洁高效灵活性水平;实施新能源智慧综合管理,打造一批智慧能源项目,努力形成风光发电、共享储能、负荷互济、通道外送的“风光储一体化”高效利用模式,全面提升新能源发电利用率。

构建发展高地

金昌市围绕全面转型高质量发展,提出“三步走”推进计划:第一步,到2025年,走出一条传统产业提升和新兴产业培育的复合型可持续转型发展新路径;第二步,到2030年,形成资源环境与经济协调发展新模式;第三步,到2035年,实现资源型城市全面转型高质量发展。

现阶段,金昌市以市企融合一体化高质量发展作为实现传统产业提升和新兴产业培育的基础,发挥资源禀赋和产业基础优势,全力以赴打造新能源和新能源电池千亿级产业集群,致力于建成全国一流电池材料供应及电池生产基地。

  金昌市围绕镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池两个方向、储能和动力两个应用领域,大力发展新能源电池产业,不断加强与头部企业合作,加快引入独角兽企业延链补链,吸引更多的电池产业链企业落地布局。

  同时,紧跟新能源电池多元迭代期,积极跟进氢燃料电池、铁铬液流、钠离子电池等新型电池,超前谋划布局电池材料及电池回收、报废、拆解和梯次利用、后市场等产业链,形成多种模式协同发展的电池产业发展新格局。

  目前,金昌市制定出台了支持新能源电池产业发展的若干政策,正在设立新能源新材料产业投资基金,成立创新联合体和电池研究院,组建锂电产业联盟,发展新能源电池及电池材料产业所需的原材料65%以上可在本地生产供应。随着招商引资项目进一步落地投产,今年底本地供给率将达到80%以上,新能源电池产业链条基本打通。连续三次荣膺全国文明城市称号的金昌市,不仅是国家循环经济示范城市,还获批建设全国低碳试点城市、新能源示范城市。绿色发展的新篇章正在金昌大地徐徐展开。

(来源:新华社)

#秦皇岛身边事# 【重磅!关于大海,国家重点计划项目落户秦皇岛!】
(全媒体记者:江虹 刘迅 赵笠芯 通讯员:孟令彬)海洋表层水、生物、沉积物,3种样本被分别装进不同容器……近日,河北省地质矿产勘查开发局第八地质大队海洋大数据中心7名科研人员在昌黎黄金海岸国家级自然保护区海域采集样本,样本将为秦皇岛区域性海洋生态灾害智能预报预警系统提供数据支持。
记者了解到,秦皇岛区域性海洋生态灾害智能预报预警系统为国家重点计划项目——“秦皇岛海域生态灾害多发原因及监测预警系统研究”项目的重要组成部分,截至目前,这一系统已示范运行100多天。这标志着我市应对近海生态灾害的方式已由被动防御向主动防御转变。https://t.cn/A6aUXN4C


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