Wenn Astronauten mit der Erforschung des Mars beginnen, werden sie mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert. Abgesehen von der Zeit und Energie, die benötigt wird, um dorthin zu gelangen, und all den Gesundheitsrisiken, die mit Langzeitmissionen im Weltraum einhergehen, gibt es auch die Gefahren der Marsumgebung selbst. Dazu gehören die unglaublich dünne und giftige Atmosphäre des Mars, die hohe Strahlungsbelastung, der der Planet ausgesetzt ist, und die Tatsache, dass die Oberfläche extrem kalt und trockener ist als die trockensten Wüsten der Erde.
Infolgedessen müssen Missionen zum Mars lokale Ressourcen nutzen, um alle Grundbedürfnisse bereitzustellen, ein Prozess, der als In-Situ Resource Utilization (ISRU) bekannt ist. Um den Bedarf an Treibstoff zu decken, entwickelt ein Team des spanischen Innovationsunternehmens Tekniker ein System, das Solarenergie nutzt, um Astronautenabwasser in Treibstoff umzuwandeln. Diese Technologie könnte in den kommenden Jahren ein Wendepunkt für Missionen in den Weltraum sein, einschließlich Mond, Mars und darüber hinaus.
Tekniker mit Hauptsitz im Nordosten Spaniens ist eine gemeinnützige Organisation für Forschung, Entwicklung und Innovation (F&E&I), die sich auf fortschrittliche Fertigung sowie Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) spezialisiert hat. Dieses photoelektrochemische System basiert auf hocheffizienten katalytischen Materialien, um Kohlenwasserstoffe wie Methan, Kohlenmonoxid oder Alkohole aus atmosphärischem CO2 und Abwasser herzustellen.
Dabei entgiftet die Anlage auch das verwendete Abwasser und arbeitet im Sinne eines Wasserrecyclingverfahrens. Das System ist die Idee des Tekniker-Telekommunikationsingenieurs Dr. Borja Poza und der Materialingenieurin Dr. Eva Gutierrez. Wie Poza in einer kürzlich erschienenen Pressemitteilung der ESA erklärte:
„Unser Ziel ist es, den ersten Reaktor zu bauen, der Weltraumtreibstoff auf dem Mars unter Verwendung der Luft des Planeten produziert, die zu 95 % aus Kohlendioxid besteht. Der Reaktor wird mit Sonnenlicht betrieben, und das Grauwasser der Astronauten wird verwendet, um bei der Produktion des Treibstoffs zu helfen. „
Auf dem Mars ist flüssiges Wasser nicht leicht verfügbar, aber mehrere Beweislinien deuten darauf hin, dass es in vielen Regionen unterirdisches Eis gibt. In Übereinstimmung mit dem ISRU-Prozess würden zukünftige Missionen dieses Eis ernten, um Trinkwasser, Bewässerung für Pflanzen, sanitäre Einrichtungen und die Herstellung von Raketentreibstoff bereitzustellen. Dies geschieht durch den Abbau von Wassermolekülen (H2O), um molekularen Wasserstoff (H2) und Sauerstoffgas (O2) zu erzeugen.
Wenn sie auf kryogene Temperaturen abgekühlt werden, werden diese Elemente zu den beiden Bestandteilen von herkömmlichem Wasserstoffbrennstoff – dh flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff (LOX). Daher sind die Standorte von Wassereisvorkommen auf dem Mars ein wichtiges Anliegen für Missionsplaner und die Auswahl zukünftiger Landeplätze. Um die Pole herum gibt es reichlich Wasservorräte, die in den Eiskappen konzentriert sind, und Schichten von unterirdischem Permafrost wurden in allen Breitengraden beobachtet.
An einigen Stellen um die Pole herum wurde Wassereis nur 30 cm (etwa 12 Zoll) unter der Oberfläche entdeckt, wodurch es leicht zugänglich ist. Jüngste Daten, die vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) erhalten wurden, zeigten große Mengen von Eis, gemischt mit Regolith, am Grund des massiven Mars-Schluchtensystems – Valles Marineris. Es gibt auch Hinweise darauf, dass es in den mittleren Breiten des Planeten unterirdische Eisquellen geben könnte, obwohl dies eine umstrittene Möglichkeit bleibt.
Jean-Christophe Berton, der technische Leiter der ESA für das Projekt im Europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) in Deutschland, sagte: „Das Ergebnis dieser Aktivität könnte der ESA einen wertvollen Beitrag zur Herstellung von Treibmitteln auf dem Mars oder zur Stromversorgung entfernter Standorte liefern wie Bodenstationen auf der Erde. Es könnte möglicherweise auch dazu beitragen, wie wir unsere eigene Atmosphäre dekarbonisieren können.“
Das Projekt wurde als Reaktion auf einen offenen Aufruf der Open Space Innovation Platform (OSIP) der ESA eingereicht, die nach vielversprechenden neuen Ideen für Anwendungen im Weltraum sucht. Dieses System ist eine von vielen Technologien, die es Astronauten und Besatzungen ermöglichen, über längere Zeiträume auf dem Mond, dem Mars und darüber hinaus nachhaltig zu leben und zu arbeiten. In diesen Umgebungen wird es Wochen oder Monate dauern, bis Nachschubmissionen sie erreichen, was es unpraktisch macht, sich auf die Erde zu verlassen.
Dazu gehören Technologien, die es Astronauten ermöglichen, lokales Regolith zu verwenden, um Lebensräume zu bauen, die vor den Elementen und der Strahlung auf dem Mars schützen, in diesen Lebensräumen Nahrung anzubauen und zu kultivieren und Sauerstoffgas aus der Marsatmosphäre zu erzeugen.