Wasser aus Mondstaub: Tests erfolgreich beendet Labor der TU Braunschweig spiegelt Mond-Bedingungen wider

Gemeinsame Presseinformation der Technischen Universität Braunschweig und
des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt

• Internationales Team erprobt Technologien zur Gewinnung von Wasser aus Mondregolith im Labor.
• Laborversuche, wie Eis aus nachempfundenen Mondregolith extrahiert werden kann, wurden an der TU Braunschweig erfolgreich durchgeführt.
• Das gewonnene Wasser soll als Trinkwasser, zur Sauerstoffherstellung oder für die Herstellung von Raketentreibstoffen auf Wasserstoffbasis im Weltraum genutzt werden können.

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) Bremen wurde im Forschungsprojekt LUWEX ein Verfahren dazu entwickelt, das jetzt in einer mehrmonatigen Experimentierphase an der 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 Wissenschaftler*innen ein Verfahren entwickelt, um aus eishaltigem Mondstaub (Regolith) Wasser zu gewinnen und dieses zu reinigen, um zukünftig Raketentreibstoff und Trinkwasser für auf der Mondoberfläche stationierte Astronaut*innen zu liefern.

Laborbedingungen simulieren den Mond

Dieses Verfahren ist nun erfolgreich in Experimenten erprobt worden. In den Experimenten konnten fast 65 Prozent des Wassers aus dem simulierten Mondgestein extrahiert und aufbereitet werden. In mehreren Experimenten konnten so insgesamt mehr als drei Liter sauberes Wasser produziert werden. Das Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig stellt als Verbundpartner die erforderliche Laborinfrastruktur zur Verfügung, um die Prozeduren im großen Maßstab, mit hoher Detailtiefe und praxisnah in Versuchen zu testen. Diese Experimente ermöglichen die Validierung des technologischen Aufbaus sowie die Erkennung von potenziellen Schwachstellen.

Die Thermalvakuumkammer des CoPhyLab (Comet Physics Laboratory), ein Unikat, das ursprünglich für die Kometenforschung entwickelt wurde, spiegelt die Bedingungen der Mondoberfläche wider. Sie ermöglicht Experimente mit Staub-Eis-Gemischen bei Temperaturen bis zu -170 Grad Celsius und unter Vakuumbedingungen. Insgesamt 14 Messsysteme sorgen für ein vollständiges Monitoring.

Herstellung von eishaltigem Mondregolith im Labor

Im CoPhyLab der TU Braunschweig wird mit selbst hergestelltem Eis und synthetischem Mondregolith ein Staub-Eis-Simulant 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.

Laborbedingungen simulieren den Mond

Der Mondeis-Simulant wird dann in das vom DLR entwickelte Wasserextraktionssystem gefüllt. Das System befindet sich dabei innerhalb der Thermalvakuumkammer und wird somit unter mond-ähnlichen Bedingungen getestet. Für die einzelnen Versuchsreihen werden bis zu 15 Kilogramm Simulant hergestellt und dann in einen vorgekühlten Behälter in der Thermalvakuumkammer gefüllt. 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 wird dann an Kupferrohren, die mit flüssigem Stickstoff auf -150°C gekühlt sind, gesammelt. Dort kondensiert das Gas wieder zu Eis. Auf diese Weise wird das Eis vom Mondregolith getrennt. Wenn sich genug Eis an den Kupferrohren gesammelt hat, werden diese erwärmt und das Eis rutscht nach unten. Dort wird es erneut aufgewärmt und verflüssigt. Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen hat dieses Subsystem zur Extraktion des Wassers entwickelt. Zum Abschluss des Versuchs wird dieses Wasser aufbereitet und die Wasserqualität überprüft.

Gewinnung von Wasser unter mond-ähnlichen Bedingungen

Verschiedene Proben mit unterschiedlichen Anteilen von Mondregolith und Eis wurden getestet, um die optimalen Prozessparameter für die Wasserextraktion zu identifizieren. Ziel des Vorhabens ist, auf dem Mond mit minimaler Energie maximal viel Wasser zu extrahieren. Die Forschenden testeten, welche Temperatur und Rührgeschwindigkeit dafür am besten geeignet sind. Thales Alenia Space ist im zweiten Schritt für die Aufbereitung und Reinigung des gewonnenen Wassers zuständig. Sensoren messen die Wasserqualität, und Proben werden im Labor genauer analysiert. Das Ziel, in jedem Versuchsdurchlauf mindestens einen halben Liter Wasser zu gewinnen, wurde sogar übertroffen. In den Experimenten konnte bis jetzt fast 65 % des hinzugefügten Wassers extrahiert und aufbereitet werden.

Kollaborative internationale Zusammenarbeit

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