Een van de meest waardevolle bezittingen van Lancaster University wordt bewaard in bierkratten. In een zorgvuldig afgesloten laboratorium staan rijen metalen vaten op planken, verbonden door spichtige koperen leidingen. De containers bevatten geen prijsbier, maar een gas genaamd helium-3, een van de duurste materialen ter wereld. Een enkele liter kost ruwweg $2.000 (£1.500), al kan de prijs fluctueren.
"Het lab draait al zo'n 50 jaar. Toen was het helium nog vrij goedkoop," zegt Dima Zmeev, hoofddocent. "Onze zeer wijze voorgangers hebben ingeslagen." In de nabije toekomst willen meer mensen wellicht zo'n voorraad opbouwen. Helium-3 heeft toepassingen in quantumcomputing en kernfusie. De belangrijkste bron vandaag is echter streng gecontroleerd – het komt uit kernwapenen. Specifiek uit het verval van tritium, een vorm van waterstof, in die wapens.
Wereldwijd worden jaarlijks tienduizenden liters helium-3 op deze manier geproduceerd, schat David McCollum, vooraanstaand wetenschapper bij Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. Maar de toekomstige vraag kan dat aanbod ver overtreffen. Sommige ondernemers en onderzoekers zeggen dat we nieuwe bronnen van helium-3 nodig hebben. Het komt in de grond voor, maar meestal in zeer lage concentraties.
Echter, monsters van maanstof, of regoliet, van de Apollomissies suggereren dat het daar in relatief hoge concentraties aanwezig kan zijn. Daarom zijn er nu plannen om helium-3 van de maan te winnen. Helium-3 is een isotoop van helium, gedefinieerd door het aantal neutronen in de atoomkern. Helium-4, met één extra neutron, is de relatief goedkope versie – het gas dat kinderverjaardagballonnen vult.
Zmeev gebruikt helium-3 in natuurkunde-experimenten. Hij vult bijvoorbeeld kleine kamers met het spul in een project om een mysterieus donkere materiedeeltje te detecteren. Mocht zo'n deeltje tegen een van de helium-3-atomen botsen, dan zou het ze allemaal laten trillen. Dit genereert warmte en die lichte temperatuurstijging kan worden gemeten. Het helium-3 kan steeds opnieuw worden gebruikt.
Wetenschappers mengen helium-3 en helium-4 bij zeer lage temperaturen om de laagste temperaturen in het bekende universum te creëren, tot in het millikelvin-bereik (-273°C). Wanneer helium-3-atomen geleidelijk scheiden van een verdund mengsel van de twee isotopen, vormen ze een zuivere helium-3-laag bovenop. Deze scheiding is een faseovergang die energie verbruikt, wat een koelend effect veroorzaakt, zoals wanneer stoom verdampt van een kop heet water. Op helium-3 gebaseerde koeling, of verdunningskoeling, is cruciaal voor quantumcomputers.
En helium-3 zou ook kunnen worden gebruikt in sommige kernfusiereactoren om ooit enorme hoeveelheden schone energie te creëren. Een bedrijf dat van plan is helium-3 van de maan te winnen is Interlune, gevestigd in Seattle. "We hebben de afgelopen vier jaar technologieën ontwikkeld, prototypes gebouwd en getest... We hebben een team van 30 mensen, en het groeit," zegt Rob Meyerson, medeoprichter en CEO. Meyerson was president van Blue Origin, Jeff Bezos' raketbedrijf, tussen 2003 en 2018.
Een van de medeoprichters van Interlune is Harrison "Jack" Schmitt, nu in de negentig, die tijdens de Apollo 17-missie op de maan liep. Hij pleit al lang voor het winnen van helium-3 uit maanregoliet. Interlune heeft enkele van zijn apparatuur getest tijdens parabolische vluchten, waarbij een vliegtuig in een grote boog vliegt om nulzwaartekracht te simuleren. De uitrusting van het bedrijf zou al in het najaar van 2027 in een maanlander kunnen worden geïntegreerd, zegt Meyerson.
Uiteindelijk wil Interlune autonome, regoliet-scheppende graafmachines op de maan plaatsen om het poederachtige materiaal op te scheppen en te verwerken. Het idee is om het regoliet te verpulveren en te roeren, waardoor het helium-3 dat erin zit vrijkomt. Niemand weet met zekerheid welke concentraties helium-3 op de maan aanwezig zijn. Paul Burke, van Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, zegt dat Apolloregolietmonsters mogelijk wat van hun helium-3 zijn verloren bij terugkeer naar de aarde, waardoor ons begrip van hoeveel er is vertekend raakt. Plus,