Khi việc vận chuyển vật tư từ Trái Đất trở nên đắt đỏ và phức tạp, các nhà khoa học buộc phải tìm ra những giải pháp sáng tạo và bền vững hơn. Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Potsdam, Đức, đã công bố một bước đột phá đầy triển vọng: sử dụng bụi Mặt Trăng để tạo ra “kính Mặt Trăng”, vật liệu nền cho các tấm pin năng lượng Mặt Trời có khả năng cung cấp điện cho các khu định cư vũ trụ trong tương lai.
Công trình nghiên cứu này được dẫn dắt bởi Felix Lang, nhà khoa học chính của nhóm. Ông cho biết các tế bào năng lượng Mặt Trời được sử dụng trong không gian hiện nay tuy có hiệu suất rất cao, dao động từ 30% đến 40%, nhưng chi phí và khối lượng lại là những rào cản không nhỏ.
Các tấm pin truyền thống này cần đến lớp kính hoặc lá chắn dày để bảo vệ, vốn vừa nặng lại vừa tốn kém khi đưa ra khỏi quỹ đạo Trái Đất. Việc vận chuyển hàng tấn thiết bị như vậy tới Mặt Trăng là điều gần như không khả thi về mặt kinh tế.
Thay vì tiếp tục dựa vào chuỗi cung ứng từ Trái Đất, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một giải pháp mang tính cách mạng: tận dụng lớp đất mặt bụi bặm của Mặt Trăng, hay còn gọi là regolith để tạo ra kính ngay tại chỗ.
Họ gọi sản phẩm này là “kính Mặt Trăng” (moonglass). Bằng cách sử dụng ánh sáng Mặt Trời tập trung để đun chảy regolith, nhóm nghiên cứu thu được một loại kính có thể trực tiếp ứng dụng trong chế tạo tấm pin Mặt Trời.
Kết hợp với perovskite, một khoáng chất có khả năng chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành điện năng với hiệu suất cao và chi phí thấp, tấm pin năng lượng mới này không những nhẹ hơn mà còn ổn định hơn trong môi trường không gian.
Lợi ích dễ nhận thấy nhất của phương pháp này là khả năng cắt giảm đáng kể khối lượng phóng. Theo tính toán, việc sử dụng kính Mặt Trăng thay cho kính sản xuất trên Trái Đất có thể giúp giảm tới 99,4% khối lượng cần phóng lên Mặt Trăng, đồng nghĩa với việc tiết kiệm đến 99% chi phí vận chuyển.
Con số này đủ để biến một kế hoạch định cư tưởng chừng viển vông thành điều có thể thực hiện được trong tương lai gần.
Không chỉ nhẹ hơn và rẻ hơn, kính Mặt Trăng còn tỏ ra bền vững hơn trước điều kiện khắc nghiệt ngoài không gian. Trên Mặt Trăng, nơi không có bầu khí quyển để ngăn chặn bức xạ mặt trời, các tế bào năng lượng thông thường dễ bị xuống cấp sau thời gian dài hoạt động.
Trong khi đó, kính làm từ bụi Mặt Trăng có khả năng chống lại sự đổi màu dưới tác động của bức xạ, điều thường xảy ra với kính sản xuất từ Trái Đất khi tiếp xúc với tia vũ trụ cường độ cao. Nhờ giữ được màu sắc và độ trong suốt ban đầu, moonglass giúp duy trì hiệu suất thu nhận ánh sáng ổn định theo thời gian. Felix Lang nhấn mạnh: “Các tế bào của chúng tôi ổn định hơn nhiều trước bức xạ, trong khi các tế bào khác sẽ dần bị phân hủy”.
Quá trình sản xuất kính Mặt Trăng cũng được đánh giá là khá đơn giản, kể cả trong điều kiện trọng lực thấp. Việc tận dụng ánh sáng Mặt Trời để làm nóng và nấu chảy bụi Mặt Trăng không đòi hỏi quá nhiều thiết bị tinh vi hay kỹ thuật cao.
Thủy tinh thu được từ quá trình này có thể được sử dụng ngay mà không cần tinh chế phức tạp, nhờ đó tiết kiệm thêm nguồn lực. Khi kết hợp với lớp perovskite mỏng, vốn nhẹ, rẻ, và dễ sản xuất hơn nhiều so với silicon hay gallium arsenide thường dùng trong pin năng lượng Mặt Trời truyền thống, giải pháp này mở ra một phương án thực tế và hiệu quả để cung cấp năng lượng cho các trạm nghiên cứu hoặc khu dân cư Mặt Trăng trong tương lai.
Dù những thử nghiệm mới chỉ dừng lại trong phòng thí nghiệm và sử dụng chất liệu mô phỏng regolith thay vì mẫu bụi Mặt Trăng thật, các nhà khoa học vẫn bày tỏ sự lạc quan về tiềm năng thực tiễn của công nghệ này.
Theo nhóm nghiên cứu, bước tiếp theo là thử nghiệm quy trình sản xuất kính Mặt Trăng và pin năng lượng trong môi trường thực tế trên Mặt Trăng – nơi có những điều kiện địa chất, trọng lực và bức xạ khác biệt hoàn toàn so với Trái Đất.
Trong bối cảnh các cơ quan vũ trụ lớn như NASA, ESA và các công ty tư nhân như SpaceX hay Blue Origin đang tăng tốc kế hoạch đưa con người quay trở lại và định cư lâu dài trên Mặt Trăng, những công nghệ như thế này được kỳ vọng sẽ đóng vai trò then chốt. Cùng với những sáng kiến khác như khai thác nước để tạo nhiên liệu, sử dụng đất Mặt Trăng làm vật liệu xây dựng, hay trồng trọt trong môi trường khép kín, ý tưởng biến bụi Mặt Trăng thành tấm pin năng lượng có thể là một trong những mảnh ghép cuối cùng để hoàn thiện hệ sinh thái sống tự chủ ngoài Trái Đất.
“Chúng ta đã nghĩ đến việc dùng bụi Mặt Trăng để xây nhà, sản xuất nhiên liệu, và bây giờ, là để tạo ra điện”, Lang chia sẻ. “Nếu tất cả những yếu tố này kết hợp lại, thì một thành phố năng động trên Mặt Trăng không còn là chuyện của khoa học viễn tưởng nữa – nó là tương lai có thể thấy trước”.
Những phát hiện mang tính đột phá này đã được công bố trên tạp chí Device , mở ra một chương mới trong hành trình chinh phục không gian của nhân loại, nơi mà những hạt bụi từng vô dụng lại trở thành nguồn năng lượng cho những nền văn minh mới ngoài Trái Đất.
