Für die astronautische Raumfahrt ist Wasser von
entscheidender Bedeutung: Für den Menschen ist es lebenswichtig und es kann
außerdem Grundlage für Treibstoffe sein. Da bietet es sich an, nach
Möglichkeiten zu suchen, wie man Wasser vor Ort gewinnen kann, um es nicht teuer
mitnehmen zu müssen. Ein Team untersucht daher konkret, wie sich Wasser aus
Mondgestein gewinnen lassen könnte.
Wasser ist bei weitem die vielseitigste und am meisten benötigte
Ressource für die bemannte Weltraumforschung. Es ist der wichtigste Rohstoff
in Lebenserhaltungssystemen sowie für Raketentreibstoff aus Wasserstoff. Im
Projekt LUWEX (Validation of Lunar Water Extraction and Purification
Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production) forscht das
Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zusammen mit anderen
europäischen Beteiligten an Technologien zur Gewinnung von gereinigtem
Wasser aus Mondgestein.
Es dient den Astronautinnen und Astronauten als Trinkwasser oder zur
Sauerstoffherstellung mittels Elektrolyse. Auch für die Herstellung von
Raketentreibstoffen aus Wasserstoff und Sauerstoff ist Wasser die
Ausgangsbasis. Um jedes Kilogramm Nutzlast im Weltraum zu befördern, sind
große Mengen an Treibstoff erforderlich. Die Nutzung der verfügbaren lokalen
Ressourcen ist der Schlüssel für eine nachhaltige menschliche Präsenz auf
dem Mond.
Hinweise auf die Verfügbarkeit von lokalem Eis, das im Mondboden
eingeschlossen ist, lieferten die Motivation, an technischen Lösungen für
die Suche, Gewinnung, und Reinigung von "Mondwasser" zu arbeiten. "LUWEX ist
eines von wenigen Projekten weltweit, welches sich experimentell mit dem
Thema der Wasserextraktion aus Mondgeröll beschäftigt. Das besondere an
LUWEX ist, dass es dabei die gesamte Prozesskette von der Extraktion des
Wassers aus dem Gestein bis hin zu seiner Aufbereitung betrachtet", sagt Dr.
Paul Zabel, Projektleiter am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen.
Frühere Forschungsaktivitäten zur Mondwassergewinnung wurden größtenteils
als theoretische Systemstudien durchgeführt. "Mit LUWEX wollen wir das nun
praktisch in einem Laboraufbau erproben."
Auf dem Mond kommt das Eis hauptsächlich in den permanent vom Sonnenlicht
abgeschnittenen, dunklen Kratern am Südpol vor. Das Demonstrationssystem
soll in einer mond-ähnlichen Umgebung mit niedrigem Druck und niedriger
Temperatur betrieben werden. Eine Mischung aus Eispartikeln und Gestein
dient als Ersatz für echten Mondstaub, um das Prinzip im Labor zu testen.
Das interdisziplinäre LUWEX-Team aus Deutschland, Österreich, Polen und
Italien hat sich zum Ziel gesetzt, einen neuartigen Wasserextraktor zu
entwickeln. In der Concurrent Engineering Facility (CEF) im
DLR-Institut für Raumfahrtsysteme haben die Projektbeteiligten das Design
des Experimentaufbaus definiert und fertiggestellt. Die CEF ermöglicht
während des Designprozesses neuer Systeme einen simultanen Datenzugriff
aller Projektmitglieder.
Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme baut das Subsystem zur Extraktion
des Wassers. Das Verfahren sieht wie folgt aus: In einem zylindrischen
Reaktor wird das Mondstaub-Wasser-Gemisch unter Rühren erwärmt. Der dabei
entstehende Wasserdampf kann so vom vermeintlichen Mondgestein getrennt
werden. Thales Alenia Space ist dafür zuständig, dass Wasser zu reinigen und
aufzuarbeiten, damit dieses als Trinkwasser für Astronautinnen und
Astronauten geeignet ist. Das gereinigte Wasser kann dann auch zur
Wasserstoffgewinnung genutzt werden und somit als Treibstoff oder
Energiespeicherung dienen.
Im Februar 2024 soll das System an der Technischen Universität
Braunschweig in einer Thermal-Vakuumkammer aufgebaut sein und für die ersten
Tests zur Verfügung stehen. Dann beginnt eine sechsmonatige
Experimentierperiode. Proben mit verschieden Anteilen von Mondgesteinsimulat
und Eis sollen dazu dienen, die optimalen Prozessparameter für die
Wasserextraktion zu identifizieren. Später auf dem Mond soll mit minimaler
Energie maximal viel Wasser extrahiert werden können. Hierfür testen die
Forschenden, welche Temperatur und Umrührgeschwindigkeit dafür optimal
geeignet sind.
Im zweiten Schritt des Verfahrens wird das extrahierte Wasser
aufbereitet. Sensoren messen die Wasserqualität und außerdem werden
bestimmte Proben im Labor genauer analysiert. Ziel ist es, in jedem
Versuchsdurchlauf mindestens einen halben Liter Wasser zu gewinnen. Zabels
Hoffnungen für die Zukunft: "Mit LUWEX möchten wir den Grundstein für die
Erprobung von Wassergewinnung auf dem Mond legen. Wir könnten uns
vorstellen, dass die Technologien noch vor 2030 bereit für einen Test auf
dem Mond sind."