Sauerstoff aus Mond-Regolith

Sauerstoff für Mond-Astronauten: Die NASA hat einen ersten Prototyp für die Sauerstoff-Gewinnung auf dem Mond getestet. Das System extrahiert den im Mondgestein gebundenen Sauerstoff mithilfe starker Hitze, die vor Ort mithilfe eines Sonnenofens erzeugt werden kann. Im aktuellen Test lieferte ein Laser die nötige Energie, um das Atemgas aus einem Regolith-Analog zu gewinnen. Noch ist die Ausbeute mit rund 15 Gramm Sauerstoff pro Kilowattstunde eher gering, sollte sich aber steigern lassen.

Wenn Astronauten künftig auf dem Mond oder Mars landen und forschen sollen, benötigen sie vor allem Sauerstoff. Das Gas wird zum Atmen gebraucht, aber auch als Treibstoff für Raketen, mit denen die Astronauten zur Erde zurückkehren. Auf dem Mars hat der NASA-Rover Perseverance mit dem Experiment MOXIE bereits bewiesen, dass sich Sauerstoff aus der dünnen Kohlendioxid-Atmosphäre des Roten Planeten gewinnen lässt.

Weil der Mond jedoch keine Atmosphäre besitzt, müssen künftige Astronauten auf andere Ressourcen wie Wassereis oder Regolith zurückgreifen. Eine erste „Sauerstoff-Fabrik“ zur Extraktion des Atemgases aus lunarem Regolith hat die Europäische Raumfahrtagentur ESA im Jahr 2020 getestet, dabei kommt die sogenannte Schmelzfluss-Elektrolyse zum Einsatz.

Carbothermischer Reaktor im Vakuum-Test

Jetzt zieht die NASA nach. Sie hat mehrere Extraktions-Verfahren in der Erprobung und eines davon, ein sogenannter carbothermischer Reaktor, wurde nun erstmals unter Mondbedingungen getestet. Bei dem auch für die Gewinnung von Silizium aus Quarz oder die Reduktion von Eisenerz eingesetzten Verfahren werden die im lunaren Regolith enthaltenen Oxide in Gegenwart eines Reduktionsmittels auf mehrere hundert Grad aufheizt. Dadurch wird Kohlenmonoxid frei, aus dem dann mittels Elektrolyse der Sauerstoff extrahiert wird.

Bei einem solchen Reaktor auf dem Mond besteht die Schwierigkeit darin, Rohstoffe wie den Regolith und Gase zwar in den Reaktor einzuspeisen, aber trotzdem den hohen Druck im Inneren aufrechtzuerhalten, ohne dass die Gase austreten. Für die „Carbothermal Reduction Demonstration“ (CaRD) am Johnson Space Center der NASA in Houston wurde der Reaktor daher in einer speziellen Vakuumkammer getestet. Die für den Extraktionsprozess nötige Hitze erzeugte dabei noch kein Solarofen, sondern ein starker Laser. Als Rohstoff diente ein Regolith-Analog – ein Material, das eine ähnliche chemische und mineralogische Zusammensetzung hat wie Mondstaub.

Erfolgreiche Extraktion von Sauerstoff

Wie erhofft, erzeugte der Reaktor erst Kohlenmonoxid, dann Sauerstoff. „Unser Team hat damit bewiesen, dass der CaRD-Reaktor unter den Bedingungen der Mondoberfläche funktioniert und erfolgreich Sauerstoff aus Regolith extrahieren kann“, sagt Anastasia Ford von der NASA. Es sei die erste Extraktion von Sauerstoff in einem Vakuum. „Dies ist ein wichtiger Schritt für die Entwicklung der Infrastruktur, die für nachhaltige menschliche Basen auf dem Mond und anderen Planeten nötig ist.“

Die Forschenden schätzen, dass ein solches carbothermisches System beim Einsatz auf dem Mond ein Mehrfaches seines Eigengewichts an Sauerstoff pro Jahr gewinnen könnte. Ein erster Testreaktor könnte im Rahmen der Artemis-Mission in den nächsten Jahren zum Mond gebracht und erstmals vor Ort getestet werden.

Quelle: NASA