Eine neue, in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie untersucht einen neuen Ansatz für das Ressourcenproblem und argumentiert, dass die Technologien, die Menschen bisher zum Leben auf der Internationalen Raumstation (ISS) genutzt haben, für nichts anderes als einen orbitalen Außenposten geeignet sind. Für das Leben auf dem Mond oder dem Mars brauchen Astronauten etwas anderes, und Wissenschaftler glauben, dass photoelektrochemische Geräte die Lösung sein könnten.
Im Artikel, verfasst von Katharina Brinkert, außerordentliche Professorin an der University of Warwick, gibt an, dass etwa 1,5 kW des gesamten Energiebudgets von 4,6 kW des Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystems auf der ISS derzeit für die Erzeugung von Sauerstoff mithilfe des photovoltaischen Elektrolyseprozesses verwendet werden. Der Sauerstoffgenerator an Bord der Raumstation nutzt elektrischen Gleichstrom, um eine nicht spontane chemische Reaktion auszulösen, die Sauerstoffmoleküle vom Wasserstoff trennt und es Astronauten ermöglicht, im Weltraum zu atmen.
Der zweistufige Prozess des OGA-Systems (Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität und anschließende Nutzung der Elektrizität für einen elektrolytischen Prozess) ist teuer, sperrig und anfällig für Ausfälle, sodass er bei Langzeit-Weltraummissionen fernab der Erde ein Hindernis darstellen könnte. Ein alternativer Ansatz, den Brinkert und seine Kollegen vorschlagen, besteht darin, photoelektrochemische (PEC) Geräte anstelle von photoelektrischen Elektrolyseuren zu verwenden.
Im Gegensatz zu OGAs basieren PEH-Geräte auf einem einstufigen Prozess, der darauf ausgelegt ist, Sonnenenergie direkt in chemische Energie umzuwandeln. Halbleitermaterialien wandeln elektromagnetische Strahlung in Sauerstoff und Wasserstoff um, ohne dass zwischenzeitlich Strom erzeugt werden muss.
Die Forschungsarbeit schafft „theoretische Grundlagen für den Einsatz von FEH-Geräten in Lebensräumen auf Mond und Mars“ und untersucht die Möglichkeit, FEH-Maschinen zu schaffen, die speziell für die Produktion von Sauerstoff und die Verarbeitung von Kohlendioxid auf diesen fernen, fremden Ländern ausgelegt sind.
Der photoelektrochemische Ansatz scheine sinnvoll, kommen die Autoren des Artikels, auch wenn noch einige Fragen offen seien. Die Erforschung der langfristigen Effizienz und „Leistungsdichte“ von FEH-Geräten ist noch im Gange, während die „In-situ-Ressourcennutzung“ (d. h. die Verwendung von auf dem Mond oder dem Mars gefundenen Materialien zum Bau dieser FEH-Geräte) und die Fähigkeit zum Betrieb in der Schwerelosigkeit untersucht werden scheint weniger ein Problem zu sein.
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