Podrías proceder desde cualquier extremo de la serie sólida de olivino y obtener $\ce{SiO2}$ como sugieres.
Sin embargo, consideraría mecanismos que se han investigado en el proceso de estudio de la llamada captura mineral además de lo que has escrito, especialmente considerando los requisitos energéticos que propones: las reacciones de captura mineral son (ligeramente) exotérmicas y por lo tanto también generarían calor como subproducto, lo cual creo que sería deseable en un lugar frío como la Luna. Dicho esto, las reacciones son lentas en condiciones estándar y pueden acelerarse a costa de suministrar energía. Cómo funciona ese equilibrio en tu escenario es, en última instancia, decisión tuya, por supuesto.
Además, el dióxido de carbono es un reactante (pero debe estar en un estado supercrítico, lo cual cuesta energía), el cual obtendrías de la respiración humana y otras fuentes orgánicas "gratis", lo que te libra de tener que disponer de una gran cantidad de gas de hidrógeno en mano.
La idea con la captura mineral es permitir que el dióxido de carbono supercrítico reaccione con ciertos minerales para producir carbonatos que son estables durante algún período de tiempo largo:
Las reacciones de carbonatación de minerales son conocidas por los geólogos y ocurren espontáneamente en escalas de tiempo geológicas. Por ejemplo, la reacción del $\ce{CO2}$ con los silicatos minerales comunes para formar carbonatos como magnesita o calcita es exotérmica y termodinámicamente favorecida.
Un ejemplo es:
$$\ce{Mg2SiO4 + 2CO2 -> 2MgCO3 + SiO2}$$
(que) ilustra la transformación de forsterita, que es el miembro final del común mineral silicato olivino. Una tonelada de olivino puede disponer aproximadamente de dos tercios de una tonelada de $\ce{CO2}$. Nuevamente, la reacción es exotérmica y libera 90 kJ/mol de $\ce{CO2}$.
En resumen: No hay nada malo con tu química o geología y hay más de una manera de obtener sílice a partir de minerales máficos/ultramáficos.
La referencia que he citado anteriormente y que detallo a continuación también describe el proceso en términos generales para minerales como olivino y serpentina, e ilustra esquemas para implementar dichos esquemas a escala industrial, lo cual también podría resultarte interesante.
Referencia del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética del DOE:
Goldberg, P. ,Chen, Z. Y. ,O’Connor, W. ,Walters, R., y Ziock, H. Estudios de Captura Mineral de $\ce{CO2}$ en los Estados Unidos. Tecnología. 1 (1): 1–10 (2000).
