Wissenschaftler glauben, dass sie möglicherweise die Lebenserhaltung des Mars geknackt haben • The Register

May 24, 2023

Forscher haben herausgefunden, dass direkte photochemische Reaktionen den Sauerstoff und Wasserstoff liefern könnten, den Menschen für die langfristige Besiedlung des Mars oder des Mondes benötigen.

Die Internationale Raumstation (ISS) nutzt photovoltaisch betriebene Wasserelektrolyseure, um Sauerstoff aus Wasser zu gewinnen. Doch der zweistufige Prozess – die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom und die anschließende Nutzung des Stroms bei der Elektrolyse von Wasser – ist kostspielig.

In einem diese Woche veröffentlichten Papier heißt es, dass etwa 1,5 kW des 4,6 kW-Energiebudgets des Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystems auf der ISS von der Sauerstoffgeneratorbaugruppe (OGA) verbraucht werden, die auf Elektrolyse basiert. Der Ansatz sei eine Sackgasse im Hinblick auf die zukünftige Erforschung und Besiedlung des Weltraums, heißt es in der in Nature Communications veröffentlichten Studie.

Neben dem hohen Energiebedarf bergen die OGA und die Kohlendioxid-Reduktionsbaugruppe „die derzeit auf der ISS installiert sind, die Herausforderung, notorisch umständlich und anfällig für Ausfälle aufgrund veralteter, ineffizienter oder alternder Kompartimente zu sein“, hieß es.

Als alternativen Ansatz untersuchte die leitende Forscherin Katharina Brinkert, Assistenzprofessorin für Katalyse an der University of Warwick, die Machbarkeit photoelektrochemischer (PEC) Geräte, um die Chancen auf ein langfristiges Überleben zu verbessern.

PEC-Geräte verwenden Halbleitermaterialien, um Sonnenenergie direkt in chemische Energie umzuwandeln, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, ohne dass zwischenzeitlich Strom erzeugt werden muss. Die Technologie ist Gegenstand intensiver Forschung auf der Erde, da sie möglicherweise zur Lösung des Problems der nachhaltigen Energie beiträgt, ihr Potenzial im Weltraum muss jedoch noch untersucht werden.

„Diese Arbeit zielt darauf ab, die theoretischen Grundlagen für den Einsatz von PEC-Geräten in Lebensräumen auf dem Mond und dem Mars zu schaffen und liefert den ersten Versuch, die Machbarkeit ihrer Nutzung für die Sauerstoffproduktion und das Kohlendioxid-Recycling zu untersuchen“, sagte Brinkert in dem Papier.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass dies möglich sei, allerdings mit einigen Einschränkungen.

„Obwohl hohe langfristige Wirkungsgrade und Leistungsdichten von PEC-Geräten immer noch integraler Bestandteil der laufenden terrestrischen Forschungsbemühungen sind, haben wir gezeigt, dass die Anwendung dieser Geräte über die Erde hinausgehen und möglicherweise zur Verwirklichung der bemannten Weltraumforschung beitragen könnte“, heißt es in dem Papier sagte.

Die Forschung untersuchte auch, ob die PEC-Geräte in einer außerirdischen Siedlung mithilfe von In-Situ Resource Utilization (ISRU) gebaut werden könnten, also mit dem, was man dort finden kann, wo man gelandet ist.

„Der Gerätebau kann auf einer Vielzahl von Halbleitern und Elektrokatalysatormaterialien basieren, die auf dem Mond und dem Mars verfügbar sind, und die erforderlichen Materialien können schließlich über ISRU hergestellt werden. Darüber hinaus haben wir zuvor gezeigt, dass PEC-Geräte in der Schwerelosigkeit und in unserer Theorie effizient arbeiten können.“ Die Analyse legt nahe, dass es angemessen ausgeweitet werden kann“, heißt es in der Studie. ®

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