Treibstoff aus Mondstaub: Wissenschaftler berechnen den Energiebedarf

Schon seit einiger Zeit beschäftigen sich Forscher mit der Idee, Ra­ke­ten­treib­stoff aus dem Mondstaub (Regolith) herzustellen. Nun hat ein internationales Team aus Ingenieuren und Wel­traum­wis­sen­schaft­lern den Energiebedarf des Unterfangens berechnet.

Dreistufiges Verfahren

Denn letztlich hat man es hier mit dem gleichen Problem zu tun, das auch auf der Erde viele Projekte zur Entwicklung neuer Energieträger ausbremst: Nicht alles, was theoretisch oder auch in Laborexperimenten machbar ist, lässt sich auch sinnvoll in Form einer Großproduktion umsetzen. Denn wenn un­ver­hält­nis­mä­ßig viel Energie investiert werden muss, wird das Endprodukt schlicht un­wirt­schaft­lich und die Herstellung nicht skalierbar.

Nun zeigen die Ergebnisse der Arbeit, die in Proceedings of the National Aca­de­my of Sciences veröffentlicht wurden, die komplexen Prozesse und He­raus­for­de­run­gen, die mit der Umwandlung von Regolith in Treibstoff und dessen Tran­sport zu ei­ner Weltraumtankstelle verbunden sind.


Da sowohl staatliche als auch private Organisationen weltweit langfristige Raumfahrtmissionen planen, beschäftigen sich Wissenschaftler zunehmend mit der technischen Machbarkeit solcher Vorhaben. Eine zentrale Frage dabei ist, welche Antriebssysteme für interplanetare Reisen genutzt werden könnten. Während einige Forscher an neuartigen Antriebstechnologien arbeiten, konzentrieren sich andere auf bewährte Methoden, darunter konventionelle Raketenmotoren, die mit flüssigem Sauerstoff als Oxidator betrieben werden.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass sich aus dem auf dem Mond vorkommenden Regolith Treibstoff gewinnen ließe. Neben verschiedenen Mineralien enthält dieser Sauerstoff, der zur Herstellung von Raketentreibstoff genutzt werden könnte. Die Forscher verwendeten eine bekannte Methode zur Berechnung des Energiebedarfs, bei der Ilmenit, ein eisenhaltiges Titanoxid, gereinigt und mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen chemisch umgesetzt wird. Der Wasserstoff könnte dabei aus Wasservorkommen auf dem Mond gewonnen werden.

Langsame Fortschritte

Die Energie wäre in drei Hauptstufen er­for­der­lich: Zunächst würde die Reaktion mit Was­ser­stoff ablaufen, bei der Wasser entsteht. Dieser Schritt ist besonders ener­gie­in­ten­siv, da hohe Temperaturen er­for­der­lich sind. In einem zweiten Schritt müsste der Sauer­stoff aus der Ver­bin­dung gelöst werden, bevor er im drit­ten Schritt verflüssigt und gespeichert werden könnte. Insgesamt berechneten die Wissenschaftler einen Energiebedarf von rund 24 Kilowattstunden pro Kilogramm flüssigem Sauerstoff.

Ein typischer Treibstofftank eines interplanetaren Raumschiffs könnte schät­zungs­wei­se 500 Tonnen flüssigen Sauerstoff fassen. Um diese Menge mit dem be­schrie­be­nen Verfahren herzustellen, wäre eine kontinuierliche Produktion über etwa zwei Jahre notwendig. Allerdings könnte der Prozess durch den Einsatz meh­re­rer Pro­duk­tions­sys­te­me beschleunigt werden.

Diese Erkenntnisse könnten eine wichtige Rolle für die Zukunft der Raumfahrt spielen, insbesondere wenn es darum geht, Ressourcen vor Ort zu nutzen, um Treibstoff für lange interplanetare Missionen bereitzustellen. Denn es gehört immerhin zu den Ideen, regelmäßige Flüge beispielsweise zum Mars vom Mond aus starten zu lassen. Dies würde die riesige Treibstoffmenge sparen, die beim Start von der Erde erst einmal nötig ist, um der Erdanziehungskraft zu entkommen.


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