[論文レビュー] Exploring Potential Environmental Benefits of Asteroid Mining

Andreas M. Hein, Michael Saidani+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2018

Geochemistry and Elemental AnalysisEarth and Planetary Sciences参考文献 24被引用数 18

ひとこと要約

本論文は、地球基盤と宇宙基盤の水および白金の鉱採を比較する一次的なライフサイクルアセスメントを実施し、小惑星鉱採の環境的利点を評価している。水を小惑星から鉱採する場合、採掘された水の質量が鉱採宇宙船の質量を超えた段階で環境的利点が得られると判明した。白金の鉱採においては、宇宙船の質量の0.3〜7％が地球に返還される場合、環境的利点が得られる。この割合は白金の供給源（一次的か二次的か）によって異なる。

ABSTRACT

Asteroid mining has been proposed as an approach to complement Earth-based supplies of rare earth metals and supplying resources in space, such as water. Existing research on asteroid mining has mainly looked into its economic viability, technological feasibility, cartography of asteroids, and legal aspects. More recently, potential environmental benefits for asteroid mining have been considered. However, no quantitative estimate of these benefits has been given. This paper attempts to determine if and under which conditions asteroid mining would have environmental benefits, compared to either Earth-based mining or launching equipment and resources into space. We focus on two cases: Water supply to cis-lunar orbit and platinum mining. First, we conduct a state-of-the-art of current environmental life cycle assessment for the space domain and platinum mining. Second, a first order environmental life cycle assessment is conducted, including goal and scope definition, inventory analysis, and impact assessment. We compare water supply to cis-lunar orbit with and without asteroid mining and go on to compare terrestrial with space-based platinum mining. The results indicate that asteroid water mining would have environmental benefits, as soon as the amount of water supplied via mining is larger than the mass of the spacecraft used for mining. For platinum mining, we find that by comparing the operations phase of terrestrial and space mining, space mining would have a lower environmental impact, if the spacecraft is able to return between 0.3 to 7% of its mass in platinum to Earth, assuming 100% primary platinum or 100% secondary platinum, respectively. For future work, we propose a more detailed analysis, based on a more precise inventory and a larger system boundary, including the production of the launcher and spacecraft.

研究の動機と目的

• 地球基盤の鉱採および宇宙発射と比較して、小惑星鉱採の環境的影響を評価すること。
• 水および白金の鉱採において、小惑星鉱採が陸上鉱採よりも環境的負荷が低い可能性を評価すること。
• 小惑星鉱採が環境的に優位となる条件の閾値を同定すること。
• 宇宙ベースのリソース抽出のための一次的なライフサイクルアセスメントフレームワークを提供すること。

提案手法

• 宇宙および白金鉱採における既存の環境的ライフサイクルアセスメントに関する最新のレビューを実施すること。
• アセスメントの目的と範囲を定義し、水および白金鉱採のシナリオにおけるシステム境界を明確にすること。
• 宇宙船、ロケット、鉱採作業に必要な材料およびエネルギーのインventry分析を実施すること。
• 標準化されたライフサイクル影響評価手法を用いて環境的影響を評価すること。
• 小惑星鉱採の環境的パフォーマンスを、地球基盤の鉱採および発射のみの供給チェーンと比較すること。
• 感度分析を用いて、リターン質量および効率に基づく環境的利点のブレーキンポイントを特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小惑星の水を近月軌道で鉱採する場合、どのような条件下で地球基盤の代替手段よりも低い環境的影響が得られるか？
• RQ2 地球に返還される白金の質量は、陸上鉱採よりも低い環境的影響を実現するためにどの程度であるべきか？
• RQ3 宇宙への設備打ち上げの環境的影響と、小惑星鉱採による現地資源利用の影響を比較するとどうなるか？
• RQ4 小惑星鉱採が環境的に優位となるために、採掘された水の質量と宇宙船の質量比の閾値はどの程度か？
• RQ5 白金の供給源（一次的か二次的か）が、宇宙鉱採の環境的妥当性にどのように影響するか？

主な発見

• 小惑星からの水鉱採では、採掘された水の質量が鉱採宇宙船の質量を超えた場合、環境的利点が得られる。
• 白金鉱採においては、宇宙船が地球に0.3〜7％の質量を白金として返還する場合、環境的利点が得られる。この範囲は白金の供給源（一次的か二次的か）に応じて異なる。
• リターン効率が0.3〜7％の閾値を満たす場合、宇宙ベースの白金鉱採の環境的影響は陸上鉱採よりも低い。
• 本研究は、水鉱採における重要な質量閾値を同定し、打ち上げおよび宇宙内作業の影響を相殺できる十分な生産性が求められることを示している。
• 結果から、実現可能なミッション性能およびリターン率の仮定のもとで、小惑星鉱採が環境的に有利である可能性が示唆される。
• 今後の研究では、より正確な環境的アセスメントを得るため、ロケットおよび宇宙船の製造を含めたシステム境界の拡張が必要である。