Effiziente Sauerstofferzeugung ist von größter Bedeutung für zukünftige Tiefraummissionen, insbesondere für langfristige bemannte Unternehmungen zum Mond und zum Mars. Ein neuer wissenschaftlicher Durchbruch bietet nun eine wesentlich leichtere und energieeffizientere Methode zur Wasserelektrolyse, bei der magnetische Kräfte zur Trennung von Gasen genutzt werden. Diese Innovation verspricht, die Machbarkeit und Dauer von Langzeit-Weltraumunternehmungen entscheidend zu verbessern, indem sie zentrale Einschränkungen aktueller Lebenserhaltungssysteme direkt angeht.
- Magnetische Trennung statt Zentrifugen.
- Wesentliche Gewichts- und Energieeinsparungen.
- 240 % höhere Blasentrennungseffizienz.
- Verbesserte Machbarkeit von Tiefraummissionen.
- Reduzierung von Startkosten und Energieverbrauch.
Herausforderungen bestehender Lebenserhaltungssysteme
Bestehende Lebenserhaltungssysteme, wie sie beispielsweise auf der Internationalen Raumstation (ISS) zum Einsatz kommen, verlassen sich auf klobige, stromintensive Zentrifugen, um Sauerstoff- und Wasserstoffblasen aus elektrolysiertem Wasser abzutrennen. In Mikrogravitationsumgebungen ist mechanisches Schleudern für diese Trennung unerlässlich. Das beträchtliche Gewicht und der hohe Energiebedarf solcher Geräte sind jedoch für ausgedehnte Tiefraummissionen prohibitiv und erfordern einen schlankeren Ansatz für eine dauerhafte menschliche Präsenz jenseits der Erdumlaufbahn.
Der magnetische Durchbruch
Eine kollaborative Studie, geleitet von Alvaro Romero-Calvo vom Georgia Institute of Technology mit Partnern des Zentrums für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen und der University of Warwick, hat diese magnetische Alternative entwickelt. Ihre in Nature Chemistry veröffentlichte Forschung zeigt, wie spezifische magnetische Wechselwirkungen – Diamagnetismus und Magnetohydrodynamik – Gasblasen in der Mikrogravitation präzise steuern können, wodurch komplexe mechanische Komponenten effektiv ersetzt werden. Erste Tests im 146 Meter hohen Fallturm des ZARM in Bremen, Deutschland, zeigten eine bemerkenswerte Steigerung der Blasentrennungseffizienz um 240 %, was sich direkt in einer effektiveren Sauerstoffproduktion niederschlägt.
Strategische Implikationen und Ausblick
Diese Weiterentwicklung hat bedeutende strategische und wirtschaftliche Auswirkungen für die aufstrebende Raumfahrtindustrie. Ein reduziertes Systemgewicht und ein geringerer Stromverbrauch werden die Startkosten erheblich senken, die Missionsfähigkeiten erweitern und die Realisierbarkeit ehrgeiziger Tiefraumprogramme sowohl nationaler Raumfahrtagenturen als auch kommerzieller Unternehmen verbessern. Ursprünglich durch einen NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) Grant gefördert, wird diese Forschung unter NIAC- und Europäischen Weltraumorganisation (ESA)-Programmen mit zusätzlicher Unterstützung durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fortgesetzt. Zukünftige Phasen werden sich auf die Bewertung der Skalierbarkeit, Implementierung und Langzeiteffizienz durch fortlaufende Mikrogravitations- und suborbitale Raketenexperimente konzentrieren, mit dem Ziel der Integration in zukünftige Raumfahrzeugdesigns.