Kolonisten auf dem Mars könnten eines Tages Treibstoff und Sauerstoff aus Salzwasser auf dem Roten Planeten gewinnen, so eine neue Studie.
Die neuartige Technologie hinter diesem Fortschritt könnte auch U-Booten helfen, Sauerstoff aus Meerwasser auf der Erde zu gewinnen, so die Forscher.
Um auf dem Mars zu leben, benötigen potenzielle Kolonisten Sauerstoff zum Atmen und Treibstoffe wie Wasserstoffgas, um ihre Geräte anzutreiben. Jedes Wasser, das sie auf dem Roten Planeten finden, wird sich daher als unbezahlbar erweisen, da sie Elektrizität und andere Methoden nutzen können, um Wasser sowohl in Wasserstoff als auch in Sauerstoff aufzuspalten.
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„Der Mars ist weit draußen, und wir sind in der Menge der Dinge, die wir mitbringen können, begrenzt, wenn wir also Ressourcen nutzen können, die dort bereits vorhanden sind, ist das wirtschaftlicher und praktikabler, als alles mit uns zu schleppen“, sagte Studien-Seniorautor Vijay Ramani, ein Chemieingenieur an der Washington University in St. Vijay Ramani, Chemieingenieur an der Washington University in St. Louis, sagte gegenüber Space.com:
Vorangegangene Forschungen haben gezeigt, dass der Mars große Mengen an Eis besitzt, und die Phoenix-Landeeinheit der NASA fand auch Anzeichen dafür, dass die arktischen Ebenen des Planeten in den letzten paar Millionen Jahren mit einem Film aus flüssigem Wasser bedeckt waren. Phoenix entdeckte auch Verbindungen, die als Perchlorate bekannt sind, im Marsboden, die wie Frostschutzmittel wirken und den Gefrierpunkt von Wasser über seine normale Temperatur hinaus absenken können.
Da Solen, die Wasser und Perchlorate enthalten, selbst bei den kalten Temperaturen auf der Marsoberfläche flüssig bleiben können, wollten Ramani und seine Kollegen herausfinden, ob sie eine als Elektrolyse bekannte Technik anwenden können, um Wassermoleküle mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. (Die durchschnittliche Jahrestemperatur auf dem Mars beträgt etwa minus 81,4 Grad Fahrenheit oder minus 63 Grad Celsius, obwohl sie im Laufe eines Tages um mehr als 212 Grad Fahrenheit oder 100 Grad Celsius schwanken kann.)
„Die Elektrolyse ist seit etwa 100 Jahren oder mehr bekannt, verwendet aber meist reines Wasser als Ausgangsmaterial“, sagte Ramani.
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In früheren Arbeiten entwickelten Ramani und seine Kollegen Materialien, die als Blei-Ruthenat-Pyrochlor-Elektrokatalysatoren bekannt sind und ihnen bei der Elektrolyse von Meerwasser helfen könnten. In der neuen Studie zeigten ihre Experimente, dass solche Katalysatoren bei der Elektrolyse von Perchlorat-Sole helfen könnten, um hochreinen Wasserstoff und Sauerstoff bei der Art von ultraniedrigen Temperaturen zu erzeugen, wie sie auf der Marsoberfläche zu finden sind.
„Wir können Sauerstoff zum Atmen und Wasserstoff als Treibstoff gewinnen, indem wir Materialien auf dem Mars selbst verwenden, das salzige Wasser, von dem wir jetzt wissen, dass es dort vorhanden ist“, sagte Ramani. „Zukünftige Missionen müssen diese Komponenten nicht unbedingt zum Mars transportieren, sondern können sie vor Ort mit einer Technologie wie der unseren herstellen.“
Um diese chemischen Reaktionen anzutreiben, wird etwas Strom benötigt. Auf dem Mars wird diese Elektrizität wahrscheinlich aus Solarzellen kommen, so Ramani.
Vor kurzem hat das Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) des NASA Mars Perseverance Rovers gezeigt, dass es Elektrizität nutzen kann, um Kohlendioxid in Sauerstoff und Kohlenmonoxid aufzuspalten. Für die gleiche Energiemenge wie MOXIE könnte die neue Studie 25-mal so viel Sauerstoff oder mehr erzeugen und obendrein kein giftiges Kohlenmonoxid erzeugen, so die Forscher.
„Wenn wir über die Erforschung des Weltraums oder der Oberfläche des Mondes oder des Mars sprechen, ist es nie nur eine Technologie, die verwendet wird – es ist nie nur eine Silberkugel, die alle Probleme löst“, sagte Ramani. „Es wird ein Bündel von Technologien benötigt, die parallel zueinander arbeiten, um das Leben auf dem Mars zu erleichtern, und unsere Hoffnung ist, dass unsere eine davon sein wird.“
Die Wissenschaftler merkten an, dass dies der NASA helfen könnte, ihr aktuelles Mandat zu erfüllen, bis Mitte der 2030er Jahre Menschen auf dem Mars zu landen. „Wir hoffen, dass wir die NASA für den Versuch interessieren können, diese Technologie zu skalieren und ihre Leistung weiter zu verbessern, sowie für Demonstrationen in Einrichtungen, die die Marsumgebung simulieren“, sagte Ramani.
Solche Elektrokatalysatoren könnten auch auf der Erde Verwendung finden. „Wenn Sie in einem U-Boot sind, wo es nur wenig Sauerstoff gibt und um Sie herum Salzwasser ist, könnten Sie etwas Salzwasser absaugen und es spalten, um frischen Sauerstoff zu erhalten“, sagte Ramani. „In der U.S. Navy sind die meisten U-Boote nuklearbetrieben, also gibt es keinen Mangel an Strom. Für Anwendungen an Land könnte man auch salzhaltiges Wasser spalten, um Wasserstoff zu erzeugen.“
Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse am 30. November online in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.
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