Wasser aus Mondgestein

Die Gewinnung von Wasser im Weltraum ist für die Erforschung des Sonnensystems von immenser Bedeutung. Unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde im Forschungsprojekt LUWEX ein Verfahren dazu entwickelt, das jetzt in einer mehrmonatigen Experimentierphase an der Technischen Universität (TU) Braunschweig im großen Maßstab getestet wurde. Ziel ist es, mindestens einen halben Liter Wasser pro Versuch zu gewinnen.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LUWEX (Validation of Lunar Water Extraction and Purification Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production) haben Forscher 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.

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.“

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.

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.

Die 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. Das interdisziplinäre LUWEX-Team aus Deutschland, Österreich, Polen und Italien hat sich zum Ziel gesetzt, einen neuartigen Wasserextraktor zu entwickeln. Jeder Projektbeteiligte stellt dabei eines oder mehrere Subsysteme beziehungsweise Infrastrukturen bereit. Die neben dem DLR am Projekt beteiligten Institutionen und Unternehmen sind die Technische Universität Braunschweig, LIQUIFER Systems Group, Thales Alenia Space, die Wroclaw University for Science and Technology sowie SCANWAY SPACE.

DLR / DE