Wasser aus Mondgestein

Wasser ist der wichtigste Rohstoff in Lebenserhaltungs­systemen sowie für Raketen­treibstoff aus Wasserstoff. Im Projekt LUWEX – Validation of Lunar Water Extraction and Purification Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production – forscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zusammen mit anderen europäischen Beteiligten an Technologien zur Gewinnung von gereinigtem Wasser aus Mondgestein. Es dient den Astro­nautinnen und Astronauten als Trinkwasser oder zur Sauerstoff­herstellung mittels Elektrolyse. Auch für die Herstellung von Raketen­treibstoffen aus Wasserstoff und Sauerstoff ist Wasser die Ausgangsbasis. Um jedes Kilogramm Nutzlast im Weltraum zu befördern, sind große Mengen an Treibstoff erforderlich. Die Nutzung der verfügbaren lokalen Ressourcen ist der Schlüssel für eine nachhaltige menschliche Präsenz auf dem Mond.

Hinweise auf die Verfügbarkeit von lokalem Eis, das im Mondboden eingeschlossen ist, lieferten die Motivation, an technischen Lösungen für die Suche, Gewinnung, und Reinigung von Mondwasser zu arbeiten. „LUWEX ist eines von wenigen Projekten weltweit, welches sich experimentell mit dem Thema der Wasser­extraktion aus Mondgeröll beschäftigt. Das besondere ist, dass es dabei die gesamte Prozesskette von der Extraktion des Wassers aus dem Gestein bis hin zu seiner Aufbereitung betrachtet“, sagt Paul Zabel, Projektleiter am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. Frühere Forschungs­aktivitäten zur Mondwassergewinnung wurden größtenteils als theoretische Systemstudien durchgeführt. „Mit LUWEX wollen wir das nun praktisch in einem Laboraufbau erproben.“

Auf dem Mond kommt das Eis hauptsächlich in den permanent vom Sonnenlicht abgeschnittenen, dunklen Kratern am Südpol vor. Das Demonstrations­system soll in einer mondähnlichen Umgebung mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur betrieben werden. Eine Mischung aus Eispartikeln und Gestein dient als Ersatz für echten Mondstaub, um das Prinzip im Labor zu testen. Das interdisziplinäre Team aus Deutschland, Österreich, Polen und Italien hat sich zum Ziel gesetzt, einen neuartigen Wasserextraktor zu entwickeln. In der Concurrent Engineering Facility (CEF) im DLR-Institut für Raumfahrt­systeme haben die Projektbeteiligten das Design des Experimentaufbaus definiert und fertiggestellt. Die CEF ermöglicht während des Designprozesses neuer Systeme einen simultanen Datenzugriff aller Projektmitglieder.

Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme baut das Subsystem zur Extraktion des Wassers. Das Verfahren sieht wie folgt aus: In einem zylindrischen Reaktor wird das Mondstaub-Wasser-Gemisch unter Rühren erwärmt. Der dabei entstehende Wasserdampf kann so vom vermeintlichen Mondgestein getrennt werden. Thales Alenia Space ist dafür zuständig, dass Wasser zu reinigen und aufzuarbeiten, damit dieses als Trinkwasser für Astro­nautinnen und Astronauten geeignet ist. Das gereinigte Wasser kann dann auch zur Wasserstoff­gewinnung genutzt werden und somit als Treibstoff oder Energiespeicherung dienen.

Im Februar 2024 soll das System an der Technischen Universität Braunschweig in einer Thermal-Vakuum­kammer aufgebaut sein und für die ersten Tests zur Verfügung stehen. Dann beginnt eine sechsmonatige Experimentier­periode. Proben mit verschieden Anteilen von Mondgestein­simulat und Eis sollen dazu dienen, die optimalen Prozess­parameter für die Wasserextraktion zu identifizieren. Später auf dem Mond soll mit minimaler Energie maximal viel Wasser extrahiert werden können.

Hierfür testen die Forschenden, welche Temperatur und Umrührgeschwindigkeit dafür optimal geeignet sind. Im zweiten Schritt des Verfahrens wird das extrahierte Wasser aufbereitet. Sensoren messen die Wasser­qualität und außerdem werden bestimmte Proben im Labor genauer analysiert. Ziel ist es, in jedem Versuchs­durchlauf mindestens einen halben Liter Wasser zu gewinnen. Paul Zabels Hoffnungen für die Zukunft: „Mit LUWEX möchten wir den Grundstein für die Erprobung von Wasser­gewinnung auf dem Mond legen. Wir könnten uns vorstellen, dass die Technologien noch vor 2030 bereit für einen Test auf dem Mond sind.“

DLR / JOL