Wassergewinnung unter Mondbedingungen Mondgestein soll Trinkwasser und Treibstoff für Weltallmissionen bieten

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Das DLR hat an der TU Braunschweig erfolgreich Laborversuche durchgeführt, mit denen Eis aus nachempfundenem Mondstaub extrahiert werden kann. Das gewonnene Wasser soll als Trinkwasser, zur Sauerstoffherstellung oder für die Herstellung von Raketentreibstoffen auf Wasserstoffbasis im Weltraum genutzt werden können.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LUWEX (Validation of Lunar Water Extraction and Purification Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production) haben Forschende ein Verfahren entwickelt, mit dem sie aus eishaltigem Mondstaub (Regolith) Wasser gewinnen und reinigen können, um zukünftig Raketentreibstoff und Trinkwasser für auf der Mondoberfläche stationierte Astronautinnen und Astronauten zu liefern. Dieses Verfahren ist nun erfolgreich in Experimenten erprobt worden.

Dr. Paul Zabel vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen ist mit dem Projektergebnis zufrieden: „Unser Ziel, in jedem Versuchsdurchlauf mindestens einen halben Liter Wasser zu gewinnen, wurde sogar übertroffen. In den Experimenten konnten wir fast 65 Prozent des Wassers aus dem simulierten Mondgestein extrahieren und aufbereiten. In mehreren Experimenten haben wir so insgesamt mehr als drei Liter sauberes Wasser produziert.“

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Herstellung von eishaltigem Mondregolith im Labor

In der Thermalvakuumkammer des CoPhyLab (Comet Physics Laboratory) der TU Braunschweig hat das Projektteam selbst hergestelltes Eis und synthetisches Mondregolith zu einem Staub-Eis-Simulanten gemischt, aus dem dann in der Thermalvakuumkammer das Wasser extrahiert werden kann. Für das Eis wird ein Nebel aus sehr feinen Wassertröpfchen in flüssigem Stickstoff schockgefroren. So entstehen einzelne runde Wassereisteilchen mit einem Radius von 2,4 Mikrometern, was etwa einem Zwanzigstel eines menschlichen Haares entspricht. Anschließend werden diese mit dem Mondregolith vermischt.

Laborbedingungen simulieren den Mond

Der Mondeis-Simulant kommt dann in das vom DLR entwickelte Wasserextraktionssystem. Dieses System befindet sich dabei innerhalb der Thermalvakuumkammer, die mond-ähnliche Bedingungen bietet. Anschließend wird die restliche Atmosphäre abgepumpt und der Simulant erwärmt und gerührt, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen. Durch den niedrigen Druck verflüssigt sich das Eis nicht, sondern wandelt sich direkt in Wasserdampf um. Dieses Gas sammelt sich dann an Kupferrohren, die mit flüssigem Stickstoff auf -150 Grad Celsius gekühlt sind. Dort kondensiert das Gas wieder zu Eis. Auf diese Weise erfolgt die Trennung von Eis und Mondregolith. Wenn sich genug Eis an den Kupferrohren gesammelt hat, werden diese erwärmt und das Eis rutscht nach unten, wo es sich zu Wasser verflüssigt. Das DLR in Bremen hat dieses Subsystem zur Extraktion des Wassers entwickelt. Zum Abschluss des Versuchs wird das Wasser aufbereitet und seine Qualität überprüft.

Gewinnung von Wasser unter mond-ähnlichen Bedingungen

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben verschiedene Proben mit unterschiedlichen Anteilen von Mondregolith und Eis getestet, um die optimalen Prozessparameter für die Wasserextraktion zu identifizieren. Ziel des Vorhabens war, auf dem Mond mit minimaler Energie maximal viel Wasser zu extrahieren. Eine Fragestellung war dabei, welche Temperatur und Rührgeschwindigkeit dafür am besten geeignet sind. Thales Alenia Space hat im zweiten Schritt das gewonnene Wasser aufbereitet und gereinigt. Sensoren haben die Wasserqualität gemessen und Proben wurden im Labor genauer analysiert und aufbereitet.

„So konnten wir die Funktionsweise des Gesamtsystems erfolgreich unter verschiedenen Bedingungen demonstrieren. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Technologien für zukünftige Mondmissionen“, sagt Paul Zabel.(sg)

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