Robert K.
Ein innovativer Plasmareaktor könnte auf dem Mars ausreichend Sauerstoff erzeugen, um bemannte Missionen zu ermöglichen.
Lissabon (Portugal). In den kommenden Jahren möchten unterschiedliche Nationen Astronauten zum Mars entsenden, darunter auch China, das bereits 2033 eine bemannte Mission zum Roten Planeten plant. Bisher existiert jedoch noch keine Lösung für die Sauerstoffversorgung der Astronauten. Die Atmosphäre des Nachbarplaneten ist etwa hundertmal dünner als auf der Erde und besteht fast nur aus Kohlenstoffdioxid (96 %). Andere Gase wie Argon, Stickstoff und Sauerstoff sind nur in minimalen Konzentrationen vorhanden. Der Sauerstoff muss also entweder von der Erde mitgebracht oder auf dem Mars erzeugt werden.
Am 20. April 2021 erprobte die NASA mit Moxie (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) eine mögliche Lösung für das Problem. Das kompakte Gerät des Rovers Perseverance saugte Marsluft ein und spaltete mit einer elektrochemischen Zelle das Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff-Ionen. Die Sauerstoff-Ionen wurden dann mit einer Kathode gesammelt und zu atembaren Sauerstoff verarbeitet. Dabei entstand jedoch nur eine kleine Menge Sauerstoff. Zudem ist der Energieverbrauch des Systems beim Komprimieren und Erhitzen der Marsluft sehr hoch.
Wissenschaftler des Instituto Superior Técnico haben im Journal of Applied Physics nun eine deutlich effizientere Methode zur Sauerstoffgewinnung aus der Marsluft vorgestellt. Wie Vasco Guerra im Fachmagazin Science erklärt, basiert die neue Technik auf einem sogenannten Plasmareaktors, in dem ein Elektronenstrahl auf ein hohes Energieniveau beschleunigt wird.
Dieser Elektronenstrahl spaltet dann so wie Moxie das Kohlendioxid der Marsluft in seine Bestandteile. Weil die Marsatmosphäre sehr dünn ist, benötigt die Erzeugung und Beschleunigung des Elektronenstrahls im Plasmareaktor nur wenig Energie. Guerra erklärt, dass die dünne Atmosphäre und der Druck auf dem Planeten dafür ideal sind.
Um die Funktion des Systems zu prüfen, pumpten die Physiker bei Versuchen im Labor Luft mit dem Druck und der Zusammensetzung des Mars in den Plasmareaktor. Anschließend haben sie die Luft innerhalb der Reaktionskammer mit einem Elektronenstrahl beschossen. Dabei wurde etwa ein Drittel in Sauerstoff umgewandelt. Die Forscher schätzen, dass ihr Gerät pro Stunde etwa 14 Gramm Sauerstoff auf dem Mars erzeugen kann. Ein Astronaut kann damit etwa 28 Minuten versorgt werden. Zudem betonen die Entwickler, dass die Leistungsbilanz deutlich besser ist als bei Moxie, weil die Luft nicht komprimiert oder erhitzt werden muss.
In einem Kommentar erklärt Michael Hecht, dass die Technik nicht nur Astronauten mit Sauerstoff versorgen könnte, sondern sich auch zur Herstellung von Treibstoff und Dünger auf dem Roten Planeten eignet. Laut dem Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), der die Entwicklung von Moxie geleitet hat, müssen beim neuen Ansatz jedoch noch Probleme gelöst werden. Essenziell sind laut eine tragbare Stromquelle sowie eine Lagermöglichkeit für den erzeugten Sauerstoff.
Journal of Applied Physics, doi: 10.1063/5.0098011
Science, doi: 10.1126/science.ade4257
