Bislang war es nur ein theoretisches Konzept: aus der dünnen Kohlendioxid-Atmosphäre des Planeten Mars Sauerstoff für Atemluft und Raketentreibstoff zu gewinnen. Mit einem Experiment an Bord des US-amerikanischen Rovers Perseverance ist es jetzt erstmals gelungen, tatsächlich Sauerstoff aus der Marsluft zu erzeugen - wenn auch nur 50 Gramm im Laufe eines Jahr. Das Experiment sei ein wichtiger Schritt für künftige bemannte Missionen zu unserem Nachbarplaneten, schreiben die beteiligten Forscher im Fachblatt Science Advances.
"Moxie ist der erste Schritt zu einem viele Hundert Mal größeren System für eine bemannte Erforschung des Mars", sagt Jeffrey Hoffman vom Massachusetts Institute of Technology in den USA, der das System zusammen mit Kolleginnen und Kollegen entwickelte. Die Abkürzung Moxie steht für "Mars Oxygene In Situ Utilization Experiment" - auf Deutsch etwa: Experiment zur Nutzung des auf dem Mars vorhandenen Sauerstoffs. Das Experiment erfolgt auf dem Rover Perseverance, der im Rahmen der Nasa-Mission "Mars 2020" am 18. Februar 2021 auf dem Mars gelandet war.
Das System spaltet Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff.
Der Luftdruck auf dem Roten Planeten beträgt lediglich etwa ein Hundertstel des irdischen. Zudem besteht diese Luft überwiegend aus Kohlendioxid (CO₂). Astronauten müssen also ausreichend Sauerstoff für Atemluft mit auf die Reise zum Mars nehmen. Mehr noch: Sauerstoff ist auch ein wichtiger Bestandteil von Raketentreibstoff, ohne den eine Rückkehr zur Erde nicht möglich wäre. Da der Transport großer Mengen an Sauerstoff zum Mars teuer wäre und zudem zulasten anderer Nutzlasten wie Versorgungsgüter und wissenschaftlicher Geräte ginge, liegt die Idee nahe, Sauerstoff auf dem Mars selbst, also "in situ", herzustellen.
Kohlendioxid-Moleküle bestehen aus einem Atom Kohlenstoff und zwei Atomen Sauerstoff. Spaltet man diese Moleküle auf, lässt sich Sauerstoff gewinnen. Genau das ist mit dem Moxie-Experiment nun erstmals auf dem Mars gelungen. Dabei strömt die dünne Marsluft zunächst durch einen extrem feinen Filter, um den allgegenwärtigen Staub zu entfernen. Dann verdichtet Moxie das CO₂ mithilfe einer Pumpe und erhitzt es anschließend auf 800 Grad Celsius.
Im letzten Schritt gelangt das Kohlendioxid in eine Elektrolyse-Zelle, in der die Moleküle mithilfe eines Katalysators und elektrischer Spannung in Kohlenstoffmonoxid-Moleküle mit nur noch einem Sauerstoff-Atom und einzelne Sauerstoff-Atome aufgespalten werden. Letztere stehen dann - so das Ziel - für die Atemluft und für Raketentreibstoff zur Verfügung. Im Moxie-Experiment wurde allerdings lediglich die Reinheit des gewonnenen Sauerstoffs überprüft - dann wurde er in die Mars-Atmosphäre abgelassen.
Die Sauerstoffproduktion funktionierte tagsüber und in der Nacht.
Insgesamt sieben Testläufe haben Hoffman und seine Kollegen im Jahr 2021 mit "Moxie" durchgeführt. Die Sauerstoff-Produktion funktionierte problemlos - und zwar zur Freude der Forscher zu jeder Tages- und Nachtzeit sowie während aller vier Jahreszeiten auf dem Mars. Für die Rückkehr vom Mars zurück zur Erde werden nach Schätzungen der Forscher etwa 31 Tonnen Sauerstoff benötigt - davon ist das Moxie-Experiment noch weit entfernt. Doch die Wissenschaftler sehen keinerlei Hindernisse für den Bau erheblich größerer Geräte, die zudem durch technische Verbesserungen effektiver arbeiten könnten.
