Wissenschaftler erforschen neue Möglichkeit, atembare Luft auf dem Mars zu erzeugen

Mar 17, 2023

Roboter auf andere Planeten zu schicken ist praktisch, weil sie keine Atemluft benötigen, und die Erde ist der einzige Ort, an dem wir diese gefunden haben. Während die NASA und andere Raumfahrtagenturen mit der Arbeit an bemannten Marsmissionen beginnen, müssen wir uns mit dem lästigen menschlichen Bedarf an Sauerstoff auseinandersetzen. Neue Forschungsergebnisse der University of Warwick legen nahe, dass Marsmissionen den traditionellen Sauerstoffgenerator-Ansatz aufgeben und sich stattdessen auf einfachere photoelektrochemische Geräte zur Sauerstofferzeugung verlassen sollten.

Laut der Studie, die diese Woche in Nature veröffentlicht wurde, ist eine Sauerstoffgeneratorbaugruppe (OSA), wie man sie auf der Internationalen Raumstation findet, gut genug, um Sauerstoff für die Station zu erzeugen. Diese Systeme sind jedoch bekanntermaßen schwerfällig und fehleranfällig. Photoelektrochemikalien könnten eine zuverlässigere Option für die langfristige Erforschung und das Überleben des Menschen auf dem Mars bieten.

Eine OGA nutzt Wasserelektrolyse zur Erzeugung von Sauerstoff, ein ziemlich ineffizienter Prozess, der allein auf der ISS 1,5 kW Strom verbraucht. Es ist ein erheblicher Teil der Gesamtleistung von 4,7 kW, die das lebenserhaltende Kontrollsystem verbraucht. Dieses System ist auf erzeugte Energie angewiesen, um elektrischen Strom durch Wasser zu leiten, ein photoelektrochemisches System (PEC) muss dies jedoch nicht tun.

Die PEC-basierte Sauerstofferzeugung nutzt Halbleitermaterialien, um von der Solarenergie zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoffgas zu gelangen, ohne Strom zu erzeugen. Dies hat PEC zu einem heißen Thema unter nachhaltigen Energieforschern gemacht, weil es für die Erde von Nutzen sein könnte, aber es gibt keinen Grund, warum ähnliche Hardware Astronauten nicht mit Sauerstoff versorgen könnte. Die neue Forschung untersuchte, wie die Sonnenstrahlung auf dem Mars und dem Mond PEC-Geräte unterstützen würde, und kam zu dem Schluss, dass es sich um einen praktikablen Ansatz zur menschlichen Lebenserhaltung handelt, der in der Schwerelosigkeit funktioniert und bei Bedarf erweitert werden kann. Allerdings muss die aktuelle PEC-Technologie effizienter und kompakter werden, bevor sie in ein Raumschiff eingebaut werden kann. Allerdings müssen wir möglicherweise kein erweitertes Lebenserhaltungssystem auf der Erde aufbauen.

Da jede von der Erde gestartete Unze Geld kostet, sind Luft- und Raumfahrtunternehmen zunehmend an der In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) interessiert. Das bedeutet, eine Mission so zu konzipieren, dass Materialien am Zielort verwendet werden, anstatt alles von der Erde zu transportieren. Beispielsweise hat die NASA die Verwendung von Marsboden als Baumaterial erforscht, und zahlreiche Projekte untersuchen, wie Astronauten Wassereis vom Mond ernten könnten. JPL startete außerdem ein Experiment mit dem Perseverance-Rover, das zeigte, dass er so viel Sauerstoff erzeugen kann wie ein einzelner Baum. In ähnlicher Weise untersuchten die Forscher Möglichkeiten, PEC-Hardware auf dem Mond und dem Mars zu bauen und zu warten. „Der Gerätebau kann auf einer Vielzahl von Halbleitern und Elektrokatalysatormaterialien basieren, die auf dem Mond und dem Mars verfügbar sind, und die erforderlichen Materialien können schließlich über ISRU hergestellt werden“, heißt es in der Studie.