Forschung

Mit Plasmen Ressourcen auf dem Mars bereitstellen

17.08.2022 - Aus Kohlendioxid wird Sauerstoff, Brennstoff oder Düngemittel.

Ein inter­natio­nales Forscher­team hat eine plasma­basierte Methode zur Herstellung und Trennung von Sauer­stoff in der Mars­umgebung entwickelt. Es handelt sich dabei um einen ergän­zenden Ansatz zum Mars Oxygen In-Situ Ressource Utili­zation Experiment (MOXIE) der NASA. Mit ihm sollen hohe Molekül­produktions­raten pro Kilo­gramm ins All geschickter Instru­mente ermöglicht werden. Ein solches System könnte eine ent­scheidende Rolle bei der Ent­wicklung von Lebens­erhaltungs­systemen auf dem Mars sowie von Rohstoffen und Grund­chemikalien spielen, die für die Ver­arbeitung von Brenn­stoffen, Baum­aterialien und Dünge­mitteln er­for­derlich sind.

Wissenschaftler der Universität Lissabon, des Massa­chusetts Institute of Technology, der Universität Sorbonne, der Technischen Universität Eindhoven und des nieder­ländischen Instituts für Grundlagen­forschung im Bereich Energie stellten jüngst eine Methode zur Nutzung und Verarbeitung lokaler Ressourcen für die Erzeugung von Produkten auf dem Mars vor. Die natür­lichen Bedin­gungen auf dem roten Planeten sind nahezu ideal für die In-situ-Ressourcen­nutzung durch Plasmen: Die Atmosphäre besteht haupt­sächlich aus Kohlen­­dioxid, das zur Erzeugung von Sauer­stoff auf­gespalten werden kann, und der in der Mars­­atmosphäre vorherrschende Druck ist für die Plasmazündung besonders günstig.

Unter anderem sind jedoch zwei Hürden bei der Schaffung lebens­freundlicher Umstände auf dem Mars zu nehmen, wie Vasco Guerra von der Universität Lissabon aufzählt: „Erstens: die Zersetzung der Kohlen­dioxid­moleküle, um Sauer­stoff zu gewinnen. Es ist ein sehr schwer zu spaltendes Molekül. Und zweitens: die Abtrennung des erzeugten Sauer­stoffs aus einem Gas­gemisch, das beispiels­weise auch Kohlen­dioxid und Kohlen­monoxid enthält. Wir betrachten diese beiden Schritte auf ganzheitliche Weise, um beide Herausforderungen gleichzeitig zu lösen. Hier können Plasmen helfen."

Plasma enthält freie geladene Teilchen, Elektronen und Ionen. Ins­besondere die leichten Elektronen können mit elek­trischen Feldern problemlos auf sehr hohe Energien beschleunigt werden. „Wenn Elektronen mit einem Kohlen­dioxid­molekül kolli­dieren, können sie es direkt zer­setzen oder Energie übertragen, um es zum Schwingen zu bringen“, so Guerra. „Diese Energie kann zu einem großen Teil in die Zersetzung des Kohlen­dioxids gelenkt werden. Gemeinsam mit unseren Kollegen in Frankreich und den Niederlanden haben wir die Gültig­keit dieser Theorien experi­mentell nach­gewiesen. Darüber hinaus ist die im Plasma erzeugte Wärme auch für die Ab­trennung von Sauer­stoff von Vorteil.“

Sauerstoff ist der Schlüssel zur Schaffung einer habitablen Umgebung sowie der Ausgangs­punkt für die Her­stellung von Brenn­stoffen und Dünge­mitteln für die zukünftige Land­wirtschaft auf dem Mars. Neben der künst­lichen Atmo­sphäre wird die lokale Produktion von Brenn­stoffen wird für künftige Missionen wichtig sein. Sie alle sind für eine künftige mensch­liche Be­siedlung des Mars uner­lässlich.

Durch die Aufspaltung von Kohlen­dioxid­molekülen zur Her­stellung umwelt­freund­licher Kraft­stoffe und zur Wieder­ver­wendung von Chemika­lien kann die Plasma­technologie auch dazu beitragen, den Klima­wandel auf der Erde zu bekämpfen.

IAP / LK

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