Unter den vielen Herausforderungen einer Reise zum Mars besteht eine der größten in folgender Frage: Wie bekommt man genug Treibstoff für den Rückflug zur Erde? Houlin Xin, ein Assistenzprofessor für Physik und Astronomie, könnte eine Lösung gefunden haben.
Er und sein Team haben eine effizientere Möglichkeit zur theoretischen Produktion von methanbasiertem Raketentreibstoff auf dem Mars gefunden, was den Rückflug günstiger machen könnte. Die neue Entdeckung besteht in einem einatomigen Zink-Katalysator, der den aktuell zweistufigen Prozess mittels eines kompakteren und tragbaren Geräts zu einer einstufigen Reaktion macht. „Das Zink ist im Grunde ein großartiger Katalysator“, sagte Xin. „Es ist dauerhaft, selektiv und tragbar – ein großer Vorteil für die Raumfahrt.“
Über den Herstellungsprozess von methanbasiertem Treibstoff wurde bereits früher nachgedacht, ursprünglich von Elon Musk und Space X. Dabei ging es um eine solarbasierte Infrastruktur zur Erzeugung von Strom, was in der Elektrolyse von Kohlenstoffdioxid resultiert, welches dann mit Wasser aus dem Eis auf dem Mars vermischt wird und auf diese Weise Methan erzeugt.
Dieser sogenannte Sabatier-Prozess wird auf der Internationalen Raumstation ISS zur Produktion von atembarem Sauerstoff aus Wasser verwendet. Eines der Hauptprobleme mit dem Sabatier-Prozess liegt darin, dass er eine zweistufige Prozedur ist, die große Gerätschaften erfordert, um effizient zu arbeiten.
Die von Xin und seinem Team entwickelte Methode wird Zink als synthetisches Enzym verwenden, um das Kohlenstoffdioxid zu katalysieren und den Prozess anzustoßen. Das wird viel weniger Platz in Anspruch nehmen und kann effizient Methan mit Materialien und unter Bedingungen produzieren, die jenen auf der Marsoberfläche gleichen.
„Der von uns entwickelte Prozess umgeht den Wasser-zu-Wasserstoff-Prozess und wandelt stattdessen hochselektiv Kohlenstoffdioxid in Methan um“, sagte Xin.
Momentan nutzen die von Lockheed und Boeing konstruierten Raketen flüssigen Wasserstoff als Treibstoff. Obwohl er günstig und effektiv ist, hat diese Treibstoffquelle ihre Nachteile. Flüssiger Wasserstoff lässt im Triebwerk der Rakete Kohlenstoff zurück, was eine Säuberung nach jedem Start notwendig macht. Das ist etwas, was auf dem Mars unmöglich wäre.
Space X und Elon Musk haben ein methanbasiertes Triebwerk entwickelt und sind aktuell dabei, es zu testen: Space X Raptor. Raptor wird die Space-X-Raumschiffe der nächsten Generation antreiben – Starship und Super Heavy. Zu diesem Zeitpunkt wurde noch keines davon in eine Umlaufbahn gebracht und nur mit einem wurden stetig Versuche unternommen.
Trotz des Durchbruchs ist der von Xin entwickelte Prozess noch weit von einer Implementierung entfernt. Momentan haben die Forscher nur ein Machbarkeitskonzept, was bedeutet, dass es zwar im Labor getestet und bewiesen wurde, aber noch unter realen (oder planetaren) Bedingungen getestet werden muss.
„Bevor das vollständig implementiert werden kann, ist noch viel Ingenieursarbeit und Forschung notwendig“, sagte Xin. „Aber die Ergebnisse sind sehr vielversprechend.“
(THK)
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