Sauerstoff aus der Atmosphäre des Mars

Aus der dünnen Atmosphäre des Mars ließe sich theoretisch Sauerstoff für Atemluft und Raketentreibstoff gewinnen. Ob dieser Prozess auch in der Praxis funktioniert, war bislang allerdings unerforscht. Doch nun gelang es Forschern mit einem Experiment an Bord des Rovers Perseverance, erstmals Sauerstoff aus der Marsluft zu erzeugen – wenn auch nur 50 Gramm im Laufe von einem Jahr. Das Experiment sei ein wichtiger Schritt für künftige bemannte Missionen zu unserem Nachbarplaneten, schreiben die beteiligten Wissenschaftler im Fachblatt „Science Advances“.

Die Atmosphäre auf dem Mars besteht überwiegend aus Kohlendioxid. Astronauten müssten auf eine Reise zum Roten Planeten also ausreichend Sauerstoff zum Atmen mitnehmen. Außerdem ist Sauerstoff ein wichtiger Bestandteil von Raketentreibstoff, ohne den eine Rückkehr zur Erde nicht möglich wäre. Doch der Transport großer Mengen an Sauerstoff zum Mars ist enorm teuer und aufwendig. Daher forschen Wissenschaftler an der Möglichkeit, Sauerstoff direkt vor Ort auf dem Mars herzustellen.

Das Instrument MOXIE

Mit diesem Ziel wurde das Instrument namens MOXIE an Bord des Rovers Perseverance im Rahmen der NASA-Mission „Mars 2020“ am 18. Februar 2021 auf den Mars befördert. Im Laufe eines Jahres führten Jeffrey Hoffman vom Massachusetts Institute of Technology in den USA und seine Kollegen insgesamt sieben Testläufe mit MOXIE durch: Zunächst strömt dazu die Marsluft durch den extrem feinen Filter des Instruments, um den allgegenwärtigen Staub zu entfernen. Da der atmosphärische Druck auf dem Mars lediglich etwa ein Hundertstel des Luftdrucks auf der Erde beträgt, verdichtet MOXIE das Kohlendioxid außerdem mithilfe einer Pumpe und erhitzt es anschließend auf 800 Grad Celsius.

Im letzten Schritt gelangt das Kohlendioxid in eine spezielle Zelle, in der mithilfe eines Katalysators und einer elektrischen Spannung je ein Sauerstoffatom von den Kohlendioxidmolekülen abgespalten wird. Dadurch entstehen Kohlenmonoxid – bestehend aus je einem Kohlenstoffatom und einem Sauerstoffatom – sowie reiner Sauerstoff, der dann für die Atemluft und für Raketentreibstoff zur Verfügung stehen soll. Im MOXIE-Experiment wurde allerdings lediglich die Reinheit des gewonnenen Sauerstoffs überprüft – dann wurde es wieder in die Marsatmosphäre abgeblasen.

Die Sauerstoffproduktion in den Testläufen funktionierte problemlos – und zwar zu jeder Tages- und Nachtzeit, sowie während aller vier Jahreszeiten auf dem Mars. Für den Start eines Rückflugs vom Mars werden nach Schätzungen der Forscher etwa 31 Tonnen Sauerstoff benötigt – davon ist das MOXIE-Experiment mit den bislang erzeugten 50 Gramm noch weit entfernt. Doch die Wissenschaftler sehen keinerlei Hindernisse für den Bau erheblich größerer Geräte, die zudem durch weitere technische Verbesserungen noch effektiver arbeiten könnten. „MOXIE ist der erste Schritt zu einem viele hundert Mal größeren System für eine bemannte Erforschung des Mars“, so die Forscher.