Ein von Dänemark geführtes ESA-Projekt soll den Weg ebnen, Elektronik direkt auf dem Mond herzustellen. So sollen künftige Mondmissionen weniger abhängig von Nachschub von der Erde werden.
Vom Mondboden zum leitfähigen Material
Eine zentrale Herausforderung künftiger Mondmissionen sind die hohen Kosten und der aufwendige Transport von Materialien von der Erde. Ein neues, von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) unterstütztes Projekt zeigt nun, wie sich Mondboden – nachdem sein Sauerstoff für Raketentreibstoff und möglicherweise Atemluft für Astronaut:innen gewonnen wurde – in metallreiche, elektrisch leitfähige Verbindungen umwandeln lässt. Dieses Material kann anschließend entweder zu Tinten für gedruckte elektronische Schaltungen oder zu Pulver für den 3D-Druck größerer Bauteile verarbeitet werden.
Das Dänische Technologische Institut leitet das Projekt und bringt seine spezialisierte Expertise in der Synthese leitfähiger Materialien sowie in der Formulierung druckbarer Tinten und Metallpulver ein. Partner ist das britische Unternehmen Metalysis, ein global führender Anbieter bei der Reduktion von Mondregolith zu Sauerstoff und seinen Bestandteilen, das simulierten und ent-oxigenierten Mondboden für die Versuche liefert.
„Die wesentliche Innovation des Projekts ist, den leitfähigen Teil des Mondbodens, den sogenannten Regolith, in ein digital druckbares Material umzuwandeln. Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Herstellung von Elektronik jenseits der Erde bei zukünftigen Weltraummissionen“, erklärt Christian Dalsgaard, Senior Consultant am Dänischen Technologischen Institut.
Das Projekt wird von großen Herstellern aus Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigungstechnik unterstützt, die in der Technologie großes Potenzial sehen. Die Möglichkeit, funktionale elektronische Systeme direkt auf dem Mond oder auf dem Mars durch die Nutzung lokaler Ressourcen (In-situ-Ressourcennutzung, ISRU) zu produzieren, gilt als ein bedeutender Schritt hin zu einer nachhaltigeren und widerstandsfähigeren Raumfahrt.
Metalysis-Verfahren: Sauerstoff gewinnen, Metalle nutzen
Regolith enthält 40 bis 45 Prozent Sauerstoff, chemisch im Material gebunden. Metalysis nutzt dazu ein patentiertes Verfahren der Schmelzsalz-Elektrolyse, bei dem ein Kalziumchlorid-Elektrolyt auf 800 bis 1000 °C erhitzt wird und eine angelegte Spannung zwischen den Elektroden die Freisetzung des Sauerstoffs auslöst. Der Sauerstoff kann aufgefangen und etwa für Raketentreibstoff genutzt werden. Seit 2019 arbeitet Metalysis daher mit der britischen Raumfahrtagentur und der ESA an verschiedenen Initiativen zur Sauerstoffgewinnung aus Mondregolith.
„Unser Prozess wurde ursprünglich als alternative Methode zur Titanherstellung entwickelt. Die Technologie ist auf nahezu 50 Elemente des Periodensystems anwendbar und rohstoffunabhängig, sie kann also auch Mondregolith verarbeiten. Unser unmittelbarer Fokus auf der Erde liegt auf hochgeladenen Tantalpulvern und Aluminium-Scandium-Legierungen für die Elektronikbranche“, erläutert Dr. Ian Mellor, Geschäftsführer und leitender Wissenschaftler bei Metalysis.
Nach der Sauerstoffextraktion bleibt eine Mischung aus Metalllegierungen zurück, die sich für Reparaturen und Konstruktionen nutzen lässt. Dieses metallreiche Restmaterial ist leitfähig, daher zielt das Projekt darauf, es in Tinte für gedruckte Elektronik und Pulver für leitfähigen 3D-Druck umzuwandeln, die beide in außerirdischen Umgebungen eingesetzt werden können.
Mehr Autonomie für Mond- und Marsmissionen
Das Projekt adressiert ein zentrales Problem der modernen Raumfahrt: die hohen Kosten und die komplexe Logistik beim Materialtransport von der Erde. „Jedes Mal, wenn du ein Kilo ins All schicken willst, brauchst du 15 Kilo Treibstoff, um es zu bewegen. Es ist also ein enormer Vorteil, lokale Materialien auf dem Mond nutzen zu können, etwa um kritische Teile zu reparieren“, betont Christian Dalsgaard.
Durch die lokale Fertigung elektronischer Komponenten auf dem Mond oder Mars können künftige Missionen eine größere Autonomie erreichen und ihre Abhängigkeit von Nachschublieferungen verringern. Um das Konzept nachzuweisen, werden das Dänische Technologische Institut und Metalysis leitfähiges Rohmaterial aus ent-oxigeniertem, simuliertem Regolith herstellen und dessen Einsatz für gedruckte Elektronik demonstrieren – in einer Form, die sich auf dem Mond nachbilden lässt.
„Auf diese Weise produzieren wir leitfähige Tinten und Pulver und testen, ob sie sich zur additiven Fertigung eines Stücks leitfähigen Drahts eignen. Damit zeigen wir, dass das leitfähige Pulver zum Beispiel genutzt werden kann, um Antennen direkt auf dem Mond herzustellen“, erklärt Andreas Weje Larsen, 3D-Druck-Spezialist am Dänischen Technologischen Institut.
Die im Projekt entwickelten Materialien haben ein breites Anwendungsspektrum – von der Wartung planetarer Roboter und elektrischer Installationen in Habitats bis zum Aufbau von Kommunikationsnetzen auf Mond und Mars. Zudem kann die Technologie die wissenschaftliche Forschung unterstützen, indem sie sicherstellt, dass Instrumente und Systeme vor Ort repariert oder angepasst werden können.
Das Projekt mit einem Volumen von 155.000 € ist als Machbarkeitsnachweis angelegt und soll den Auftakt für weitere Projekte und Initiativen des Dänischen Technologischen Instituts bilden, in denen Fachleute das große Potenzial von Regolith als Rohstoff für elektrische Komponenten erschließen.
Dieses Projekt wird im Rahmen eines Programms der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt und von ihr (mit-)finanziert. Die in dieser Mitteilung geäußerten Ansichten stammen von den beteiligten Unternehmen und spiegeln nicht notwendigerweise die offizielle Meinung der ESA wider.
Via: https://www.electronicsweekly.com
Titelbild: ESA
