Sauerstoffgewinnung aus Mond-Regolith: NASA testet Prototyp

Astronauten, die mit künftigen Missionen zum Mond oder gar zum Mars fliegen und dort forschen, werden vor allem eines brauchen: Sauerstoff. Die NASA testete kürzlich einen ersten Prototyp, mit dem der im Mondgestein gebundene Sauerstoff mithilfe starker Hitze extrahiert. Die benötigte Temperatur wird später vor Ort mithilfe eines Sonnenofens erzeugt, im Test kam diese noch von einem Laser. Zwar ist die Ausbeute noch relativ gering, aber bei der NASA ist man zuversichtlich, diese steigern zu können.

Der Testreaktor und ein Hochenergie-Laser in der Vakuumkammer des Johnson Space Center.
Bild: NASA

Sauerstoff für Astronauten

Sauerstoff wird im All nicht nur zum Atmen gebraucht, sondern ist auch ein wichtiger Bestandteil des Raketentreibstoffs, der benötigt wird, um wieder zur Erde zurückzukehren. Die NASA konnte mit dem Rover Perseverance bereits vor Ort auf dem Mars beweisen, dass dort Sauerstoff aus der dünnen Kohlendioxid-Atmosphäre gewonnen werden kann.

Der Mond besitzt allerdings keine Atmosphäre, sodass Astronauten in Zukunft auf andere Ressourcen wie Wassereis oder das Mondgestein Regolith zurückgreifen werden müssen. Bereits 2020 hat die europäische Raumfahrtagentur ESA einen Prototyp getestet, mit dem das Atemgas aus den Gesteinsmassen auf dem Mond extrahiert werden kann.

Nun ist die US-amerikanische Raumfahrtbehörde NASA nachgezogen. Diese testet mehrere Extraktions-Verfahren. Eines davon ist ein sogenannte carbothermischer Reaktor und wurde nun erstmals unter Mondbedingungen getestet. Dieses Verfahren wird unter anderem auch bei der Gewinnung von Silizium aus Quarz oder der Reduktion von Eisenerz eingesetzt. Die im Regolith des Mondes enthaltenen Oxide werden in Gegenwart eines Reduktionsmittels auf eine Temperatur von mehreren hundert Grad erhitzt. Anschließend wird ein Elektrolyseverfahren eingesetzt, um den Sauerstoff zu extrahieren.

Test in der Vakuumkammer

Unter Mondbedingungen ist eines der Probleme mit solch einem Reaktor die Einspeisung von Rohstoffen (in diesem Fall Regolith und Gase) in den Reaktor ohne Druckverlust in seinem Inneren, der zum Austritt der Gase führen würde. Der Test des Prototyps lief unter dem Namen „Carbothermal Reduction Demonstration“ (CaRD) am Johnson Space Center der NASA in Houston. Dort wurde der Reaktor in einer speziellen Vakuumkammer getestet. Die benötigte Hitze stammte während des Tests noch nicht von einem Solarofen, sondern von einem starken Laser. Ausgangsstoff war ein Regolith-Analog, das eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Mondstaub hat.

In der Reaktion entstand wie geplant zuerst Kohlenmonoxid und dann Sauerstoff. „Unser Team hat damit bewiesen, dass der CaRD-Reaktor unter den Bedingungen der Mondoberfläche funktioniert und erfolgreich Sauerstoff aus Regolith extrahieren kann. Dies ist ein wichtiger Schritt für die Entwicklung der Infrastruktur, die für nachhaltige menschliche Basen auf dem Mond und anderen Planeten nötig ist„, so Anastasia Ford von der NASA. Es handele sich bei dem Test um die erste Extraktion von Sauerstoff in einem Vakuum.

Das Team geht davon aus, dass ein carbothermischer Reaktor beim Einsatz auf dem Mond ein Mehrfaches seines Eigengewichts an Sauerstoff pro Jahr produzieren könnte. Möglicherweise soll bereits im Rahmen der Artemis-Missionen in den nächsten Jahren ein Testreaktor auf den Mond gebracht und dort getestet werden.

via NASA