Der Boden auf der Mondoberfläche könnte dazu beitragen, Wasser und Kohlendioxid in Sauerstoff, Wasserstoff und Brennstoffe wie Methan umzuwandeln, Komponenten, die als Energiequellen genutzt werden könnten und bewohnbaren Gebieten eine atembare Atmosphäre verleihen könnten. Der Materialwissenschaftler Professor Yingfang Yao von der Nanjing-Universität in China sagte: „In naher Zukunft werden wir sehen, wie sich die bemannte Raumfahrtindustrie rasant entwickelt. „Genauso wie das ‚Zeitalter der Segel’ im 17. Jahrhundert, als Hunderte von Schiffen in See stechen, werden wir in ein ‚Weltraumzeitalter’ eintreten. „Aber wenn wir die außerirdische Welt in großem Maßstab erforschen wollen, müssen wir uns Gedanken machen, wie wir die Nutzlast reduzieren können, indem wir uns auf so wenig Vorräte wie möglich von der Erde verlassen und stattdessen außerirdische Ressourcen nutzen.“
Der Perseverance-Marsrover der NASA trägt beispielsweise ein experimentelles Instrument namens Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment – oder kurz „MOXIE“ – das in der Lage ist, Sauerstoff aus Kohlendioxid mittels Festoxidelektrolyse zu erzeugen.
MOXIE verlässt sich jedoch auf eine Atombatterie an Bord des Rovers, die mit ihm zum Roten Planeten transportiert wird, um das Ressourcenverarbeitungsgerät mit Strom zu versorgen.
In ihrer Studie schlagen Prof. Yao und Kollegen jedoch vor, ein vergleichbares System zu entwickeln, das sich nur auf die Ressourcen stützt, die auf dem Mond im Überfluss vorhanden sind – insbesondere Mondboden und Sonnenstrahlung –, anstatt sich darauf zu verlassen, Materialien von der Erde zu bringen.
Prof. Yao sagte: „Wir verwenden Umweltressourcen vor Ort, um die Raketennutzlast zu minimieren, und unsere Strategie bietet ein Szenario für ein nachhaltiges und erschwingliches außerirdisches Lebensumfeld.“
Die Forscher analysierten Mondbodenproben, die von der chinesischen Raumsonde Chang’e 5 zur Erde zurückgebracht wurden, die am 1. Dezember 2020 auf der nordwestlichen Seite des Mondes landete und etwas mehr als zwei Wochen später zurückkehrte.
Prof. Yao und Kollegen fanden heraus, dass die Bodenproben verschiedene Verbindungen enthielten – darunter sowohl eisen- als auch titanreiche Substanzen – die in der Lage sind, nützliche Reaktionen zu katalysieren, wenn sie mit Sonnenlicht betrieben werden.
Basierend auf ihren Erkenntnissen hat das Team ein sogenanntes „außerirdisches Photosynthese“-System vorgeschlagen, das diese Verbindungen im Mondboden verwenden würde, um Wasser zu elektrolysieren, das sowohl dem Mond entnommen als auch aus den Atemabgasen der Astronauten in Sauerstoff und Wasserstoff recycelt wird.
Darüber hinaus könnte Mondboden verwendet werden, um von Astronauten ausgeatmetes Kohlendioxid mit Wasserstoff zu kombinieren, um Kohlenwasserstoffe wie Methan zu produzieren, die als Brennstoff verwendet werden können.
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Prof. Yao stellt fest, dass die katalytische Effizienz der Verbindungen im Mondboden geringer ist als die der führenden Katalysatoren, die derzeit auf der Erde verfügbar sind.
Nachdem die erste Studie jedoch abgeschlossen ist, sucht das Team nun nach möglichen Ansätzen zur Verbesserung des Designs ihres Systems.
Dazu gehört zum Beispiel das Schmelzen des Mondbodens zu einem nanostrukturierten Material mit hoher Entropie, das effektiver als Katalysator wirken würde.
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Joule veröffentlicht.