Die NASA hat ihre Artemis-Mission zum Mond verschoben, aber das bedeutet nicht, dass eine Rückkehr zum Mond nicht unmittelbar bevorsteht. Raumfahrtagenturen auf der ganzen Welt haben unseren felsigen Satelliten im Visier. Egal, wer dort ankommt, wenn er eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond plant, benötigt er Ressourcen vor Ort.
Sauerstoff und Wasser stehen ganz oben auf der Liste der Ressourcen, die Astronauten auf dem Mond benötigen. Ein Team von Ingenieuren und Wissenschaftlern findet heraus, wie man Mondgestein kocht und daraus lebenswichtigen Sauerstoff und Wasser gewinnt. Ihre Ergebnisse präsentierten sie auf der Europlanet-Wissenschaftskongress 2021 .
Professorin Michèle Lavagna vom Politecnico Milano leitete die Experimente. Hinter den Arbeiten steht ein Konsortium aus Unternehmen und Agenturen, darunter die ESA und die italienische Raumfahrtbehörde. Lavagna und andere präsentierten auf der EPSC2921 eine Labordemonstration ihrer Arbeit.
Wenn wir von Mondboden sprechen, meinen wir Mondregolith, die Staubschicht, die den Mond bedeckt. Dieselbe Schicht, die Apollo-Astronauten verwirrte, indem sie ihren Weg in die Mondlandefähre fand, Mechanismen verstopfte und Instrumente störte. Der Staub stellt eine ständige Gefahr dar, die Weltraumbehörden immer noch zu mindern versuchen. Aber derselbe Staub ist auch eine kritische Ressource.
Ein Apollo-17-Astronaut gräbt im Mondregolith, um das mechanische Verhalten von Mondstaub zu untersuchen. Bildnachweis: NASA
Der Mondregolith enthält viel Sauerstoff, da Sauerstoff leicht mit anderen Elementen reagiert, insbesondere gruppieren Sie ein Element . Mondboden ist reich an Oxiden, insbesondere Siliziumdioxid, Eisenoxid, Magnesiumoxid usw. Nach Angaben der ESA bestehen etwa 50 % des Mondbodens aus Eisen und Siliziumdioxid und etwa 26 % dieser Verbindungen sind Sauerstoff. Der Trick besteht darin, den Sauerstoff herauszuholen.
Lavagna demonstrierte einen zweistufigen Prozess, der hier auf der Erde regelmäßig in industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Zuerst wird der simulierte Mondregolith in Gegenwart von Wasserstoff und Methan verdampft und dann mit Wasserstoffgas gewaschen. Ein Ofen erhitzt die Mineralien auf 1.000 Grad Celsius (1800 F), wodurch sie direkt von einem Feststoff in ein Gas umgewandelt werden. Dadurch überspringen die Mineralien die flüssige Phase, was den gesamten Prozess vereinfacht.
Dann gelangen die Gase und das restliche Methan in einen Katalysator und dann in einen Kondensator, der das Wasser abscheidet. Danach trennt die Hydrolyse den Sauerstoff und das System recycelt die Wasserstoff- und Methan-Nebenprodukte.
Ingenieure und Wissenschaftler arbeiten seit vielen Jahren an der Herausforderung, in-situ-Ressourcen auf dem Mond zu gewinnen. Eine Methode beinhaltet Verwendung von geschmolzener Salzelektrolyse, um Sauerstoff zu extrahieren . Diese Methode ist aus dem Bergbau übernommen und produziert auch nützliche Metalllegierungen aus Mondregolith.
Aber laut Lavagna ist eines der entscheidenden Merkmale dieses neueren Prozesses, dass er fast einsatzbereit ist.
„Unsere Experimente zeigen, dass das Rig skalierbar ist und in einem fast vollständig autarken geschlossenen Regelkreis betrieben werden kann, ohne dass menschliches Eingreifen erforderlich ist und ohne zu verstopfen“, sagte Professor Lavagna.
Dieses Video zeigt Wasser, das durch den Prozess gewonnen wird. Bildnachweis: Politecnico Milano, CC BY-NC-CD
Das Team arbeitet noch an der Optimierung des Prozesses in Erwartung eines eventuellen Kampftests. Sie arbeiten mit der Ofentemperatur, der Länge und Häufigkeit der Wäsche, dem Verhältnis der Gasgemische und der Größe der Bodenchargen. Bisher haben sie gelernt, dass kleine Mengen Erde in Kombination mit höchstmöglichen Temperaturen und langen Waschphasen maximale Erträge erzielen.
Als Nebenprodukt produziert das System Kieselsäure. Es produziert auch Metalle, die vor ihrer Nutzung als in-situ-Ressourcen weiterverarbeitet werden müssen.
„Die Fähigkeit, effiziente Wasser- und Sauerstoffproduktionsanlagen vor Ort zu haben, ist von grundlegender Bedeutung für die menschliche Erforschung und für die Durchführung hochwertiger Wissenschaft direkt auf dem Mond“, sagte Lavagna. „Diese Laborexperimente haben unser Verständnis für jeden Schritt des Prozesses vertieft. Es ist nicht das Ende der Geschichte, aber es ist ein sehr guter Ausgangspunkt.“
