Wasser und Sauerstoff

Angenommen, die Mondbasis ist bezugsfertig und die ersten Astronauten können einziehen. Spätestens dann stellt sich ein weiteres Problem: Die Versorgung der Astronauten mit Energie, Wasser, Sauerstoff und Nahrung. Denn diese Ressourcen komplett von der Erde herbeizuschaffen, wäre viel zu teuer und aufwendig. Damit ist klar: Um überlebensfähig zu sein, muss eine Mondkolonie die Ressourcen vor Ort nutzen.

Eisvorkommen (türkis) in Kratern am Südpol (links) und Nordpol des Mondes. © NASA

Eis aus den Mondkratern

Noch am einfachsten ist die Wasserversorgung zu lösen: Baut man künftige Mondstationen in den Polargebieten des Erdtrabanten, findet man dort genügend Wassereis. Daten der indischen Mondsonde Chandrayaan-1 enthüllten bereits 2010, dass es in den Kratern am lunaren Nordpol meterdicke Eisschichten gibt. „Schätzungen basierend auf aktuellen Daten gehen davon aus, dass an jedem Pol rund zehn Milliarden Tonnen Wasser vorhanden sein könnten“, sagt Robert Mueller vom Kennedy Space Center der NASA.

Allerdings: Noch ist nicht klar, wie stark dieses Eis mit Mondstaub vermischt ist und in welcher Form es dort vorliegt. Insofern ist auch der Aufwand, um aus dem Eis Trinkwasser zu extrahieren, noch offen. Gleich mehrere unbemannte Mondmissionen sollen diese Frage in den nächsten Jahren klären. Allerdings wäre der Bedarf einer Mondstation anfangs ohnehin noch eher gering: Vier Astronauten kämen nach Schätzungen der NASA vermutlich schon mit einigen Dutzend Tonnen Wasser pro Jahr aus.

Eine Möglichkeit, das Wasser aus dem Kratereis zu gewinnen, wäre das Sonnenlicht. Mit Parabolspiegeln könnte die Strahlung so gebündelt und ausgerichtet werden, dass sie gezielt das Eis in zuvor mit Folie abgedeckten Eisbereichen verdampfen lässt. Wird dieser Wasserdampf dann abgeleitet und wieder abgekühlt, kondensiert er zu sauberem Trinkwasser. Alternativ könnte man auch Eis mit Roboterbaggern einsammeln und es dann in festinstallierten Solaröfen schmelzen oder verdampfen.

Regolith als Rohstofflieferant

Doch sogar ohne die Wassereis-Vorkommen ließe sich Wasser auf dem Mond gewinnen – direkt aus dem Regolith. Denn Spektrometerdaten des Lunar Reconnaissance Orbiter ergaben vor Kurzem, dass fast überall auf der Mondoberfläche Wasser als Hydroxyl (OH) an das Gestein gebunden ist. Dieses gebundene Wasser existiert auch weitab von den polaren Kratern und engt damit den Standort für eine Mondbasis weniger stark ein.

Im lunaren Regolith ist Wasser in Form von Hydroxyl gebunden – hier eine Aufnahme von der Apollo-12-Mission. © NASA

„Das Großartige ist: Jeder Fels auf dem Mond hat das Potenzial, Wasser zu liefern – vor allem, nachdem er vom Sonnenwind bestrahlt wurde“, erklärt William Farrell vom Goddard Space Flight Center der NASA. Wie er und sein Team herausgefunden haben, entsteht dieses gebundene Wasser durch eine chemische Reaktion im Regolith. Der energiereiche Sonnenwind spaltet Bindungen in den sauerstoffhaltigen Mineralen des Mondgesteins. Dabei entstehen reaktionsfreudige Sauerstoff-Radikale, die nun Wasserstoff aus der Umgebung „einfangen“ und zu Hydroxyl werden.

Sauerstoff und Wasser aus dem Mondboden

Wie aber lässt sich aus dem potenziell wasserhaltigen Gestein Trinkwasser gewinnen? Auch hier ist wieder Hitze aus dem Sonnenlicht der Schlüssel, wie Forscher bei einer Analog-Mission auf Hawaii demonstriert haben. Dabei erhitzten sie den Regolith-ähnlichen Vulkanstaub auf rund 900 Grad bis er glühte. Leitet man dann beispielsweise Wasserstoff oder Methan darüber, verbindet sich dieses mit dem Sauerstoff aus dem Regolith und es entsteht Wasser. Im Falle des häufigsten Mondminerals Ilmenit (FeTiO3) könnte man 119 Gramm Wasser aus einem Kilogramm des Gesteins gewinnen, wie die NASA ausgerechnet hat.

Praktischer Nebeneffekt: Auf diese Weise könnte man aus dem Regolith auch gleich den Sauerstoff für die Atemluft der Astronauten gewinnen. Der beim Erhitzen gewonnene Wasserdampf müsste dafür wieder in seine Einzelbestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Ein Kilogramm
Ilmenit könnte so theoretisch 106 Gramm atembaren Sauerstoff liefern. Welche Methode dafür allerdings die geeignete ist und wie man Sauerstoff und Wasser mit möglichst wenig Aufwand an Material und Energie erzeugen könnte, werden zurzeit noch erforscht.