Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff mit Wasser aus Mondboden – ein Durchbruch, der Leben auf dem Mond ermöglichen könnte

Wissenschaftler haben eine Technologie entwickelt, die Menschen beim Überleben auf dem Mond helfen könnte. In einer im Cell Press-Fachjournal „ Joule “ veröffentlichten Studie extrahierten Forscher Wasser aus dem Mondboden und nutzten es, um Kohlendioxid in Sauerstoff und Treibstoffe umzuwandeln . Dies könnte neue Türen für die zukünftige Erforschung des Weltraums öffnen, da der Transport wichtiger Ressourcen wie Wasser und Treibstoff von der Erde entfällt.

„Wir hätten uns die Magie des Mondbodens nie vorstellen können“, sagt Lu Wang von der Chinesischen Universität Hongkong in Shenzhen. „Die größte Überraschung für uns war der konkrete Erfolg dieses integrierten Ansatzes. Die Integration der Mond-H2O-Extraktion und der photothermischen CO2-Katalyse in einem einzigen Schritt könnte die Effizienz der Energiegewinnung verbessern und die Kosten und Komplexität des Infrastrukturausbaus reduzieren .“

Raumfahrtbehörden spielen seit Jahrzehnten mit der Idee, den Mond als Außenposten für kosmologische Erkundungen zu nutzen. Die Versorgung einer solchen Basis mit ausreichend Ressourcen – insbesondere Wasser – stand der Umsetzung jedoch im Wege. Laut der Studie kostet der Transport einer einzigen Gallone Wasser per Rakete etwa 83.000 Dollar, und jeder Astronaut würde täglich etwa 15 Liter trinken.

Von der Chang'E-5-Mission analysierte Bodenproben weisen auf das Vorhandensein von Wasser auf der Mondoberfläche hin. Den Autoren zufolge könnte dies menschlichen Forschern ermöglichen, die natürlichen Ressourcen des Mondes für ihre Zwecke zu nutzen und gleichzeitig die Kosten und logistischen Herausforderungen für den Transport dieser Ressourcen zu vermeiden.

Bisher entwickelte Strategien zur Wassergewinnung aus dem Mondboden umfassten jedoch mehrere energieintensive Schritte und scheiterten daran, CO2 für die Gewinnung von Treibstoff und anderen wichtigen Zwecken abzubauen.

Um diese Forschung voranzutreiben, entwickelten Wang und seine Kollegen eine Technologie, mit der Wasser aus dem Mondboden gewonnen und direkt zur Umwandlung von ausgeatmetem CO2 in Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoffgas verwendet werden kann. Aus diesen Gasen lassen sich Treibstoff und Sauerstoff für die Astronauten herstellen. Die Technologie ermöglicht dies durch eine neuartige photothermische Strategie, die Sonnenlicht in Wärme umwandelt.

Wissenschaftler testeten die Technologie anhand von Mondbodenproben, die während der Chang'E-Mission gesammelt wurden, sowie anhand simulierter Mondproben und eines mit CO₂-Gas gefüllten Batch-Reaktors, der den photothermischen Prozess mithilfe eines Lichtkonzentrationssystems antreibt. Das Team nutzte Ilmenit , ein schweres schwarzes Mineral und eines von mehreren bekannten Wasserreservoirs im Mondboden, um die photothermische Aktivität zu messen und die Mechanismen des Prozesses zu analysieren.

Trotz des Erfolgs der Technologie im Labor stelle die extreme Mondumgebung noch immer Herausforderungen dar, die ihren Einsatz auf dem Mond erschweren würden , sagen die Autoren. Dazu zählten etwa dramatische Temperaturschwankungen, intensive Strahlung und geringe Schwerkraft.

Darüber hinaus weist der Mondboden in seiner natürlichen Umgebung keine einheitliche Zusammensetzung auf, was zu unterschiedlichen Eigenschaften führt. Zudem reicht das CO2 aus der Ausatmung der Astronauten möglicherweise nicht aus, um die Grundlage für den gesamten Wasser-, Treibstoff- und Sauerstoffbedarf zu schaffen.

Auch die technologischen Einschränkungen stellten weiterhin ein Hindernis dar, da die derzeitige Katalysatorleistung nicht ausreiche, um menschliches Leben in Umgebungen außerhalb der Erde vollständig zu ermöglichen , sagte Wang.

„Die Überwindung dieser technischen Hürden und der erheblichen Kosten, die mit der Entwicklung, Bereitstellung und Nutzung verbunden sind, wird von entscheidender Bedeutung sein, um eine nachhaltige Nutzung des Mondwassers und die Erforschung des Weltraums Wirklichkeit werden zu lassen“, schreiben die Autoren.

Mit Informationen von Cell Press