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Raumfahrt Mit "Urin-Beton" aus dem 3D-Drucker: Wie künftige Mondstationen gebaut werden sollen

An einem schwarzen Himmel ist der Mond in Großaufnahme zu sehen. Er wirkt grau und seine Krater sind deutlich zu sehen
Bremer Wissenschaftler haben Habitate für ein autarkes Leben abseits der Erde entwickelt


Mit den ehrgeizigen Plänen der US-Regierung für eine Landung auf dem Mond im Jahr 2024 und der geplanten Station "Lunar Gateway" in der Mondumlaufbahn werden auch feste Stützpunkte auf der Mond- oder sogar Marsoberfläche realistisch.  Die Geophysikerin Christiane Heinicke vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen hat in zweijähriger Forschungsarbeit ein Habitat entwickelt. Das Ziel: Autarkes Leben und Arbeiten außerhalb der Erde. 
O-TON Christiane Heinicke, Geophysikerin "In unserem Konzept, in dem MaMBA-Konzept, das besteht aus verschiedenen Modulen, insgesamt sechs Module plus Luftschleusen. Und die Module sind aufgetrennt, einmal in Arbeitsmodule und in Freizeitmodule und die Arbeitsmodule klar, sind zum Arbeiten, da sind die ganzen technischen Sachen untergebracht. Und bei den Freieitmodulen ist natürlich wichtig, dass sich die Leute wohlfühlen, dass sich die Bewohner wohlfühlen können. zum Beispiel eines der Freizeitmodule hat ein Fenster. Das ist natürlich aus Ingeneurssicht ein Alptraum umzusetzen, aber dieses Fenster ist eben notwendig, damit die Menschen auch mal nach draußen schauen können, sich heimisch fühlen können."
Astronauten, die monate-, vielleicht jahrelang auf engstem Raum leben, brauchen eine lebenswerte Umgebung. Ein Modul des Projektes "Moon and Mars Base Analog", kurz MaMBA steht in Originalgröße als Demo-Version in einer Laborhalle des Zentrums. Und vielleicht ist dieses Modul in Zukunft die Grundlage für künftige Arbeits- und Wohnplätze im Weltall.
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Im Kinofilm "Der Marsianer" nutzt Matt Damon als gestrandeter Astronaut seine eigenen Ausscheidungen, um Wasser zu gewinnen und Pflanzen anzubauen. Solche Verfahren werden im realen Leben längst erprobt. Eine Studie zeigt: Mondbasen könnten aus "Urin-Beton" bestehen.

In wenigen Jahren, voraussichtlich 2024, will die Nasa nach einem halben Jahrhundert Pause wieder Astronauten auf den Mond bringen. Es soll ein erster Schritt zur Besiedlung des Erdtrabanten sein, und eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond könnte wiederum einen Aufbruch zum Mars vorbereiten. Bei Nasa, Esa und der chinesischen Raumfahrtagentur CNSA existieren konkrete Pläne für den Bau von Mondbasen innerhalb der kommenden Jahrzehnte. Doch aus welchem Material sollen die Gebäude bestehen? Und wie kann man die Baustoffe an Ort und Stelle herstellen? Ein Studie europäischer Wissenschaftler bietet dazu eine sehr menschliche Lösung an.

Esa-Wissenschaftlerin Marlies Arnhof und ihre Kollegen und Kolleginnen von Universitäten in Norwegen, Spanien und Italien schlagen vor, mithilfe von menschlichem Urin eine Art Beton aus auf dem Mond vorhandenen Materialien herzustellen. Aus diesem könnten die Gebäude einer dauerhaften Mondbasis gebaut werden. Dabei geht es vor allem um den im Urin enthaltenen Harnstoff. Dieser soll, so die Forschergruppe in ihrem Beitrag im Fachmagazin "Journal of Cleaner Production" als Weichmacher genutzt werden.

Konzept der Esa für eine Mondstation
Konzept der Esa: So könnte eine der ersten Mondstationen aussehen. Die Gebäude könnte zum Teil aus "Urin-Beton" bestehen.
© P. Carril / Esa

Urin: Aus Abfallstoff wird Baustoff

Die schon vor einigen Wochen veröffentlichte Studie sorgt inzwischen auch außerhalb der Fachwelt für Aufsehen. Dies umso mehr, weil sie bereits bestehenden Konzepten möglicherweise die entscheidende Komponente hinzufügt - und diese Komponente würden die Astronauten und Astronautinnen auch noch auf natürliche Weise sowieso mitbringen. Schon jetzt sehen Konzepte für Mondbasen vor, aus Regolith - dem losen Material der Mondoberfläche - und Wasser aus den bereits entdeckten Eisvorkommen des Erdtrabanten einen Geopolymer-Baustoff herzustellen. Geopolymere werden auch auf der Erde erforscht und gelten als heißer Ersatz-Kandidat für den "Klimakiller" Beton. Aus dem Mondbeton sollen nach bisherigen Vorstellungen mit speziellen 3D-Druckern Gebäude geformt werden.

Das allerdings muss geschehen, bevor die Betonmasse aushärtet. Mehr noch: Die Masse, aus der Stationsgebäude geformt werden sollen, muss geschmeidig sein. Deshalb ist ein Weichmacher nötig - und da kommt der Urin ins Spiel. "Die beiden Hauptbestandteile dieser Körperflüssigkeit sind Wasser und Harnstoff. Dabei handelt es sich um ein Molekül, das Wasserstoffbrückenbindungen brechen kann und somit die Zähigkeit vieler wässriger Mischungen reduziert", erklärt Co-Autor Ramón Pamies von der Polytechnischen Universität Cartagena. Bei Versuchen mit einem von der Esa entwickelten Ersatzmaterial für Regolith zeigte sich der Harnstoff als ebenso wirkungsvoller Weichmacher wie verschiedene andere, bekannte Materialien. Die zu Versuchszwecken erstellten Zylinder erwiesen sich zudem als widerstandsfähig für die enormen Temperaturschwankungen, die es auf der Mondoberfläche existieren (von 130 bis minus 160 Grad).

Mond-Beton mit drei Prozent Harnstoff als Weichmacher
Regolith, Wasser, drei Prozent Harnstoff als Weichmacher: So sieht der Mond-Beton aus, aus dem spezielle 3D-Drucker Gebäude einer Mondbasis formen könnten - bevor die Masse aushärtet.
© Journal of Cleaner Production / Creative Commons

Harnstoff muss vielleicht nicht mal gewonnen werden

Die Wissenschaftler stellen in ihrer Studie fest: "Insgesamt weist Harnstoff vielversprechende Eigenschaften als Weichmacher für den 3D-Druck von lunaren Geopolymeren auf." Ein Anteil von drei Prozent Harnstoff erwies sich als idealer Weichmacher-Anteil für den Mond-Beton. Doch womöglich ist es sogar noch einfacher. Einiges spricht dafür, dass man den Harnstoff nicht einmal extrahieren muss, da der andere Hauptbestandteil des Urins - das Wasser - ja ebenfalls für die Baustoff-Herstellung benötigt wird. Sollte sich das bestätigen könnte auch einfach die Urin-Flüssigkeit zusammen mit dem aus dem Mond-Eis gewonnenen Wasser verwendet werden. Weitere Test sollen nun die Fragen beantworten: Können Gebäude aus Mond-Beton Meteoriteneinschlägen widerstehen? Schützt der Baustoff die künftigen Mond-Kolonisten vor Strahlung aus dem All? Für einen weitgehenden Schutz für beide Bedrohungen sorgt auf der Erde die Atmosphäre.

Verfahren, Baustoffe direkt auf dem Mond herzustellen, sind unverzichtbar, um Pläne für eine Besiedlung des Erdbegleiters zu realisieren. Ein Transport von Materialien zum Mond wäre enorm aufwändig und praktisch unbezahlbar. Ein knappes halbes Kilogramm Fracht ins All zu befördern, wird derzeit auf rund 10.000 US-Dollar beziffert. Auch die Verwendung des menschlichen Urins gilt in der Raumfahrt als unverzichtbar, beispielsweise für die Aufbereitung und Umwandlung in Trinkwasser. Das gleiche gilt für den Schweiß. Entsprechende Systeme sind auf der Internationalen Raumstation ISS bereits im Einsatz. Der japanische Astronaut Koichi Wakata sagte dazu einmal: "Hier oben verwandeln wir den Kaffee von gestern in den Kaffee von morgen - und der schmeckt großartig!" 

Quellen: "Journal of Cleaner Production", Esa, Twitter/Koichi Wakata, Artemis-Mission der Nasa,Nasa: Humans on the Moon, "VDI Nachrichten"


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