Durchbruch bei der Nutzung lunarer Ressourcen: Chinesische Forscher entwickeln effizientes Photothermales Verfahren

Bahnbrechende Technologie für Mondressourcen

Chinesische Wissenschaftler haben eine innovative Technologie vorgestellt, die die Nachhaltigkeit der menschlichen Erforschung des Mondes maßgeblich verbessern könnte. In einer Studie, die im Fachjournal Joule veröffentlicht wurde, beschreibt das Forschungsteam ein neuartiges photothermales System, das Wasser effizient aus lunarem Regolith (Mondstaub) gewinnt und dieses zusammen mit Kohlendioxid in wichtige Ressourcen wie Sauerstoff, Wasserstoff und Raketentreibstoff umwandelt – und das alles mit Hilfe des auf dem Mond reichlich vorhandenen Sonnenlichts.

Funktionsweise des Photothermal-Verfahrens

Im Mittelpunkt dieser Innovation steht ein photothermales Verfahren, das konzentriertes Sonnenlicht zur Erzeugung extrem hoher Temperaturen nutzt. Auf diese Weise wird die Extraktion von Wasser aus dem Mondboden vereinfacht und der Energieverbrauch reduziert, da Wassergewinnung und Kohlendioxid-Umwandlung in einem einzigen, optimierten Schritt erfolgen. Das gewonnene Mondwasser wird anschließend in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten – ein zentraler Prozess zur Unterstützung des Lebens und zur Produktion von Treibstoff für Raumfahrtmissionen. Zusätzlich kann ausgeatmetes Kohlendioxid der Astronauten in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt werden, was die Energieversorgung durch Brennstoffzellen oder die Synthese von Raketentreibstoff ermöglicht.

Wesentliche Merkmale und technische Vorteile

• Integrierter Ein-Schritt-Prozess: Kombination der Gewinnung von H2O und photothermaler CO2-Katalyse senkt Systemkomplexität und Infrastrukturkosten.
• Lokale Ressourcennutzung: Die Technologie unterstützt die In-situ Ressourcennutzung (ISRU) – ein Schlüsselfaktor für langfristige Mondmissionen – und senkt die enormen Kosten für den Transport von Materialien von der Erde, der derzeit auf rund 83.000 US-Dollar pro Gallone Wasser geschätzt wird.
• Effizienter Energieeinsatz: Direkte Nutzung der Solarenergie auf dem Mond minimiert den Bedarf an schwerem Externequipment.

Vergleich zu bisherigen Methoden der Mondwassergewinnung

Viele der aktuell eingesetzten Verfahren zur Wasserextraktion aus Mondregolith sind energieaufwendig und ermöglichen in der Regel keine vollständige Umwandlung von Wasser in seine Grundbestandteile. Die Methode des chinesischen Teams vereinfacht diesen Prozess und legt den Fokus auf die direkte Ressourcenumwandlung für Lebenserhaltung und Antriebstechnik. Ihr photothermales System ist nicht nur energieeffizienter, sondern auch robuster für den praktischen Einsatz im Weltraum.

Praxistest mit Proben der Chang’e-5-Mission

Besonders bemerkenswert ist, dass das Forschungsteam seine Technologie erfolgreich an realen Mondbodenproben testen konnte, die im Rahmen der chinesischen Chang’e-5-Mission Ende 2020 von der erdnahen Mondseite zurückgebracht wurden. Dies ermöglichte eine gründliche Laborüberprüfung des Gesamtsystems und belegte die Umsetzbarkeit der Innovation.

Herausforderungen und Zukunftsperspektiven

Obwohl die Ergebnisse im Labor vielversprechend sind, stellt die Anwendung auf der rauen Mondoberfläche eine große Herausforderung dar. Faktoren wie starke Strahlung, geringe Schwerkraft und extreme Temperaturschwankungen müssen überwunden werden, um die Lebensfähigkeit zukünftiger Mondbasen und eine dauerhafte menschliche Präsenz außerhalb der Erde sicherzustellen.

Marktrelevanz und Konkurrenz im Wettlauf um den Mond

Dieser technologische Durchbruch unterstreicht Chinas raschen Aufstieg im Bereich der Weltraumtechnologien. Die Volksrepublik hat sich von einem Außenseiter zu einem starken Mitbewerber entwickelt, insbesondere mit ihren Plänen für eine bemannte Mondbasis bis zum Jahr 2035. Angesichts veränderter Raumfahrtpolitik in den USA könnte diese Innovation China einen entscheidenden Vorsprung im neuen Zeitalter der Mondforschung und der kommerziellen Weltraumwirtschaft verschaffen.

Anwendungsgebiete und zukünftige Auswirkungen

Wenn das photothermale Extraktionssystem direkt auf dem Mond eingesetzt wird, könnte es die Grundlage für nachhaltige Mondkolonien schaffen, die Herstellung von Raketentreibstoff für den Rückflug oder Tiefraummissionen ermöglichen und Missionskosten erheblich senken. Letztlich stellt die Forschung einen wichtigen Schritt in Richtung dauerhafter Mondbesiedlung und ehrgeiziger Weltraumerkundung in den kommenden Jahrzehnten dar.