Wszystko, co musisz wiedzieć o helu-3

Już od kilku lat pojawiają się informacje na temat helu-3, zwanego też „kosmicznym pierwiastkiem”. Wielu specjalistów twierdzi, że hel-3 to źródło energii, które zrewolucjonizuje energetykę, a polska firma Solar System Resources Corporation sp. z o. o. w 2021 podpisała list intencyjny na wydobywanie helu-3 z powierzchni Księżyca.

Czym jednak jest hel-3? Jak duże są jego zasoby? Jaka jest jego wartość energetyczna? Na te i inne pytania odpowiemy w tym artykule.

Czym jest hel-3?

Jego prawidłowa nazwa do He3 (hel-3 to bardziej potoczne określenie). W 1934 roku australijski fizyk nuklearny Mark Oliphant – na podstawie eksperymentów z deuterem i wodorem (eksperymentów będących też pierwszymi fuzjami nuklearnymi) – zaproponował istnienie pierwiastka hel-3. Pięć lat później Luisowi Alvarezowi i Robertowi Cornogowi udało się wyizolować He3.

Popularny na Ziemi hel-4 składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów, „kosmiczny pierwiastek” z kolei składa się z dwóch protonów i jednego neutronu. To lekki gaz szlachetny i stabilny izotop. Szacuje się, że He3 to jeden z tych pierwiastków, które istniały na Ziemi w niezmienionej formie od jej powstania i przedostały się ze skorupy ziemskiej do przestrzeni kosmicznej przez miliony lat. Hel-3 pojawia się również na słońcu i w atmosferze Księżyca.

Jak powstaje hel-3?

He3 jest regularnie wywiewany w przestrzeń kosmiczną ze Słońca, ale może też powstać poprzez fuzję termojądrową wewnątrz gwiazd albo w laboratorium. Hel-3 powstaje również jako skutek uboczny przy oczyszczaniu broni jądrowej z trytu.

Hel-3 może też być wydobywany z gazu ziemnego (którego spore zasoby ma, na przykład, Polska), z powietrza, a w przyszłości z Księżyca.

Do czego wykorzystywany jest hel-3?

Obecnie hel-3 wykorzystywany jest głównie w medycynie (ułatwia przepływ powietrza przez płuca i sprawia, że są one lepiej widoczne na zdjęciach rentgenowskich) oraz w budowie detektorów neutronów (szczególnie użytecznych na lotniskach i w statkach kosmicznych, bombardowanych przez neutrony wodoru, i przy wykrywaniu radioaktywnych bomb). CERN stosuje też He3 do schładzania zderzacza hadronów.

Jaka jest jego wartość energetyczna?

Szacuje się, że He3 może być wykorzystywany jako źródło energii. Po zmieszaniu helu-3 i deuteru można uzyskać dwukrotnie większą energię elektryczną niż w elektrowni jądrowej i elektrowni węglowej. He3 i deuter wytwarzają naładowany proton wodoru, którego energia może zostać bezpośrednio przełożona na energię elektryczną, bez potrzeby podgrzewania wody czy budowania turbin, które dopiero będą wytwarzać prąd. W przeciwieństwie też do energii jądrowej, hel-3 nie wytwarza radioaktywnego promieniowania, tak więc od razu wydaje się o wiele bardziej bezpieczny.

Hel-3 nie tylko stanowiłby bezpieczne i czystsze źródło energii, lecz także mogłoby zrewolucjonizować energetykę kosmiczną: statki kosmiczne napędzane helem-3 mogłyby polecieć dalej niż obecnie. Co więcej – już w latach 1973-1978 Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne rozważało stworzenie statku kosmicznego napędzanego fuzją jądrową i paliwem złożonym z deuteru i helu-3. Przedsięwzięcie nosiło nazwę Projekt Dedal.

Jak duże są jego zasoby?

Niestety na Ziemi He3 jest coraz mniej, głównie dlatego, że zapotrzebowanie na niego znacznie wzrosło (zwłaszcza w zakresie budowy detektorów neutronowych) w ostatnich dwóch dekadach.

Problem stanowią też sposoby wydobycia helu-3. Ponieważ większość państwo podpisała porozumienie o broni jądrowej, wydobywanie He3 za pomocą głowic termojądrowych jest mocno ograniczone. Jeśli chodzi o wydobywanie gazu tego pierwiastka z gazu ziemnego, aby wydobycie było opłacalne, złoża powinny być bogate w hel, a większość państw nie spełnia tych wymogów.

Dlatego właśnie naukowcy i przedsiębiorcy kierują swoje zainteresowania w stronę Księżyca, który okazuje się być bogaty w He3. Wiemy o tym, ponieważ załoga Apollo 11 zabrała z Księżyca próbki gleby, które zawierają ten pierwiastek.

Czy można go wydobyć z Księżyca?

Coraz częściej mówi się możliwościach wydobycia helu-3 z Księżyca, na razie jednak jesteśmy w fazie tworzenia potrzebnej technologii (obecnie głównym problemem jest jej cena, jak również nie tylko koszty wydobycia, ale i sprowadzenia helu-3 z Księżyca na Ziemię).

O zasoby He3 ściągają się USA i Chiny, wysyłając na Księżyc łaziki, które robią mapy tychże zasobów. Również polska firma Solar System Resources Corporation podpisała niedawno list intencyjny z amerykańskim przedsiębiorstwem US Nuclear Corp. w kwestii bezzałogowego wydobywania pierwiastka hel-3.

Jak to się ma do prawa kosmicznego?

Według prawa kosmicznego – a konkretnie Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej z 1967 roku i Porozumienia Księżycowego z 1979 roku – Księżyc i inne ciała niebieskie muszą być wykorzystywane tylko w celach pokojowych. Wydobywanie He3 nie jest regulowane przez Traktat, a Porozumienie Księżycowe, mające na celu regulować wydobycie surowców z Księżyca, zostało podpisane przez zaledwie dwadzieścia państw (cztery w 1979 roku i szesnaście w 2017 roku). Wśród sygnatariuszy nie było USA, Rosji i Chin.

Ponadto w 2015 roku Kongres przegłosował ustawę umożliwiającą Amerykanom i amerykańskim firmom wydobycie surowców z Księżyca.

Podsumowanie

Można sobie zadawać pytanie, czy jest sens ładować zasoby i pieniądze w Księżyc, kiedy na Ziemi mamy bardziej przystępne alternatywne źródła energii.

Choć może się wydawać, że hel-3 jest bardziej domeną science-fiction, teoretycznie oferuje dużo możliwości w kwestii zaspokojenia naszych potrzeb energetycznych. Na chwilę obecną szacuje się, że do wydobycia helu-3 na Księżycu dojdzie dopiero w 2028 roku, jednak już teraz trwają przygotowania do tego przedsięwzięcia. Wyścig po księżycowy hel-3 jest częścią nowego wyścigu kosmicznego. Być może w przyszłości będziemy coraz częściej słyszeć o „kosmicznym pierwiastku”.