Die gedruckte Mondbasis – 3-D-Printing soll´s möglich machen

Es ist einer jener Menschheitsträume, die nach Science Fiction klingen und in uns allen die unterschiedlichsten Visionen, Phantasien und Sehnsüchte hervorrufen. Die Rede ist von der Besiedlung des Mondes. Für viele Menschen klingt die Idee zu phantastisch, als dass sie jemals in die Tat umgesetzt werden könnte. Doch Vorsicht, vielleicht sind wir näher an der Kolonisierung des Mondes, als wir glauben. Der Schlüssel zum neuen Eigenheim auf dem Mond könnte 3-D-Printing sein.

Was ist für Wissenschaftler und Forscher so überaus faszinierend und interessant am Mond, dass sie dessen Besiedlung immer wieder in Erwägung ziehen, ja bei diesem Thema regelrecht ins Schwärmen geraten? Auf den ersten Blick ist unser Erdbegleiter keine Schönheit – eine dicke Kruste aus Staub und Gestein überdeckt ihn und seine Oberfläche ist geprägt von unzähligen Meteoritenkratern. Kosmische Strahlung und ungeschützter Sonnenwind haben ihr Übriges getan, um in derart wenig einladend erscheinen zu lassen. Von Atmosphäre keine Spur, da er zu klein und zu leicht ist, um Sauerstoffmoleküle in seinem Bann zu halten. Da er über keinerlei Atmosphäre verfügt ist er den kosmischen Bedingungen ungeschützt ausgeliefert. Tagsüber erhitzt sich deshalb die Mondoberfläche bis auf 120 Grad Celsius, nachts hingegen fallen die Temperaturen auf bis zu minus 170 Grad Celsius. Und dennoch Wissenschaft und Wirtschaft sind von dem kleinen Erdtrabanten fasziniert und sehen ihn ihm großes Potential. Seine wahren Schätze liegen tief unter seiner zerklüfteten Oberfläche versteckt. Rohstoffe! Vorsichtige Schätzungen haben ergeben, dass beispielsweise im Mondgestein mehr als eine Million Tonnen des Edelgases Helium 3 gebunden sind. Der Preis für eine Tonne Helium 3, dass es auf der Erde nur in geringsten Mengen gibt, ist astronomisch – die Preisvorstellungen beginnen bei einigen Millionen Dollar die Tonne bis hin zu 4 Milliarden Dollar! Dieser äußerst wertvolle Rohstoff entsteht bei der Kernfusion der Sonne und wird im Laufe vieler Millionen Jahre per Sonnenwind zum Mond getragen.

Wissenschaftler sehen in diesem Rohstoff der Zukunft die Lösung unserer Energieprobleme. Die Kernverschmelzung von Helium-3 mit Wasserstoff zu gewöhnlichem Helium-4 setzt Energie frei. Diese ist zwar geringer als bei einer »gewöhnlichen« Fusion von Wasserstoff zu Helium, wie sie etwa beispielsweise im französischen Forschungsreaktor »Iter« versucht wird. Eine Helium-Fusion hat aber einen entscheidenden Vorteil – sie ist sauberer, als die Wasserstofffusion, die große Mengen an hochenergetischen Neutronen freisetzt. Auch Astronomen träumen von einer festen Basis auf dem Mond. Forschungen könnten hier unter Idealbedingungen stattfinden, da keinerlei störend Atmosphäre den Blick auf die Sterne schmälern würde. Auch böte sich der Mond als Startbasis für interplanetare Flüge, wie dem zum Mars an. Durch die wesentlich geringere Schwerkraft des Mondes, würde man eine kleinere Energiemenge zum Start benötigen, als etwa von der Erde aus. Es sprechen also viele Dinge für eine dauerhafte Mondbasis, wenn da nicht die Misere des Baumaterials wäre, das Kilo für Kilo von der Erde Richtung Mond befördert werden müsste. Viel ökonomischer wäre es doch, würde man die auf dem Mond vorhandenen Rohstoffe zum Bau einer Mondstation nutzen. Das Zauberwort hier lautet »3-D-Printing«.

3-D-Druck als Lösung des Baustoffproblems

Viele Menschen sehen im 3-D-Druck eine Erfindung, welche die Welt vielleicht noch stärker verändern wird, als es das Internet getan hat. Ein 3-D-Drucker ist kein gewöhnlicher Drucker und die Bezeichnung »Drucker« ist leicht irreführend. Ein derartiges Gerät baut in Verbindung mit einem Computer, an dem die gewünschte Struktur erstellt wurde, in hauchdünnen Schichten ein dreidimensionales Objekt auf. Inzwischen ist die Technologie derart weit vorangeschritten, dass 3-D-Printer fertige Produkte herstellen können. Mit 3-D-Druckern lassen beispielsweise Möbel, Autoteile, Kunstwerke oder Musikinstrumente herstellen – der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt. Dinge, wie etwa Hohlräume, Waben und verschlungene Formen sind für diese Technologie kein Problem. Selbst im Nanobereich können nun Dinge problemlos gebaut werden. So haben Wissenschaftler der Universität Wien Londons berühmtestes Wahrzeichen gedruckt – die Tower Brigde. Und das Bauwerk ist nicht größer als der Durchmesser eines Haares. Am Ende eines 3-D-Print-Vorgangs, der unter Umständen auch viele Tagen dauern kann, steht ein Produkt, das sofort nutzbar ist und in Sachen Stabilität und Belastbarkeit einem traditionell gefertigten Produkt in nichts nachsteht.

Die europäische Raumfahrtagentur (ESA) glaubt an die Besiedlung des Mondes im Rahmen einer permanenten Mondstation und sie glaubt vor allem an die Zukunftstechnologie des 3-D-Drucks. Der ehrgeizigen Idee einer permanenten Mondstation ist man nun einen großen Schritt näher gekommen: Wissenschaftler der Europäischen Weltraumagentur ESA haben gemeinsam mit Industriepartnern demonstriert, dass sich aus Mondgestein mithilfe von 3-D-Drucktechnik Gebäude auf dem Mond errichten lassen könnten. Die Forscher der ESA haben aus mondähnlichem Material eines italienischen Vulkans mit Hilfe eines sechs Meter großen 3-D-Druckers der britischen Firma Monolite einen 1,5 Tonnen schweren Baustein hergestellt.

Es handelt sich bei diesem Gesteinsblock nicht bloß um ein Stück tote Materie, sondern vielmehr um ein Hightech-Produkt. Der geschaffene Block weißt eine hohle, in sich geschlossene Zellstruktur auf. Die verantwortlichen Projektleiter vergleichen dies gern mit einem Vogelknochen, der eine gute Mischung aus Stabilität und Leichtigkeit aufweist. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache bzw. den Wünschen der Wissenschaftler begründet, eine Mondstation zu schaffen, die so stabil wie möglich ist, dabei natürlich nicht mehr wiegen soll, als unbedingt notwendig. Dank der 3-D-Drucktechnik und den ausgeklügelten Computermodellen lassen sich bis zu beeindruckenden 95 Gewichtsersparnis erbringen.

Simuliertes Mondgestein und das Problem mit dem Vakuum

Eines der schwierigsten Probleme überhaupt war es, geeignetes Gestein für den Versuch auf der Erde zu finden, das in seinen Spezifikationen weitgehend dem Mondgestein entspricht, aus dem die spätere Mondstation ja bestehen soll. Die Wahl fiel auf »simulierten Mondregolith«, dass Spezialfirmen hier auf der Erde in kiloweisen Portionen wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen verkaufen. Das ESA-Forschungsteam benötigte das Material jedoch tonnenweise – eine fast unlösbare Aufgabe. Engagierte Mitarbeiter entdeckten glücklicherweise eine europäische Quelle für mehrere Tonnen des begehrten Gesteins – Basaltgestein aus dem Zentralvulkan im Bolsenasee in Mittelitalien. Dieses Material aus dem Erdinneren hat zu 99,8 Prozent Ähnlichkeit mit dem Gestein, welches auf dem Mond zu finden ist. Das Gestein des Vulkans wurde zermahlen, mit Magnesiumoxid vermischt und zu papierdicken Material verarbeitet, mit dem »gedruckt« werden konnte. Das gegenwärtige Druckmodell der britischen Firma Monolith ist sechs Meter lang und ist in der Lage, zwei Meter pro Stunde zu bauen. Ein zukünftiges, sehr viel leistungsfähigeres Druckermodell soll 3,5 Meter Gestein pro Stunden modellieren können. Somit wäre es möglich, das Baumaterial für ein komplettes Mondgebäude innerhalb einer Woche zu fertigen – hier auf der Erde oder auf dem Mond.

Ein Problem gibt es allerdings, was den Wissenschaftlern schwer zu schaffen macht – das Vakuum auf dem Mond. Der Bau von Baumaterial mit einem 3-D-Drucker basiert auf der Technologie des schichtweisen Auftragens einer verflüssigten Gesteinssubstanz, die dann sehr schnell aushärten muss. Nun ist es jedoch so, dass ungeschützte Flüssigkeiten im Vakuum verdampfen und nicht durch Schwerkraft mehr oder weniger an Ort und Stelle gehalten werden. Doch auch hier scheint eine Lösung in Sicht: Giovanni Cesaretti von der italienischen Firma Alta arbeitet mit Hochdruck an der Lösung des Problems. Die Lösung: Die Düse des 3-D-Druckers muss nur klein genug sein – etwa 2 Millimeter groß – damit die Tröpfchen des Baumaterials von der »Gravitation« bzw. den Kapillarkräften am Boden festgehalten werden.

Die Wissenschaftler der ESA und der an das Projekt angeschlossenen Unternehmen sind nach dem erfolgreichen Experiment mit dem simulierten Mondgestein sehr zuversichtlich, dass der Bau einer Mondstation mit mithilfe des 3-D-Schichtbauverfahrens möglich sein wird. Mit Hilfe dieser Technologie lässt sich die von der Erde aus notwendige Logistik erheblich reduzieren und erleichtert die Besiedlung des Mondes. Die Hoffnung der Projektverantwortlichen ist es, dass die gewonnenen Erkenntnisse von den internationalen Raumfahrtbehörden als Grundlage einer Kolonisierung des erdnahen Weltraums in deren Strategiepapiere und Pläne Einzug halten.

Kurzinfo: 3-D-Printing – die Perspektiven sind atemberaubend

3-D-Printing bietet beispielsweise in der Medizintechnik völlig neue Perspektiven und Möglichkeiten. Wissenschaftler haben bereits erfolgreich mit diesem Verfahren hochkomplexe Modelle von Lungen nachgebildet. Mediziner träumen davon, funktionsfähige Körperteile für den Menschen einfach und vor allem passgenau zu drucken. Bereits heute ist es möglich, mit der 3-D-Technik Titan-Prothesen für den menschliche Kiefer zu erstellen, deren Passgenauigkeit alles Bisherige übertreffen.

Kurzinfo: Der Mond als Rohstofflieferant

Der Mond ist eine unberührte Rohstoffschatzkiste. In den Tiefen unseres Erdtrabanten lagern gigantische Mengen an Eisen, Titan, Gold, Platin und Iridium – die Liste der metallenen Rohstoffe auf dem Mond ist sehr lang. Kein Wunder also, dass sich die raumfahrenden Nationen immer wieder daran heranmachen, den Mond „ins Programm“ aufzunehmen, um auch von der Rohstoffvielfalt zu partizipieren. Doch Bergbau auf einem fremden Planeten, Asteroiden oder dem Mond ist derzeit nicht durchführbar, weil einfach viel zu kostspielig. Allein die Transportkosten zwischen Erde und Mond sind überirdisch teuer: nach heutigen Schätzungen würde es mehr als 80.000 Euro kosten, ein Kilo der begehrten Rohstoffen auf eine Reise von rund 400.000 Kilometern zu schicken – von den astronomischen Koste des Bergbaus und der Erkundung der Abbaugebiete einmal ganz abgesehen. Dennoch ist es nur eine Frage der Zeit und Not in Sachen Rohstoffe auf unserer Erde, bis der erste Spatenstich auf dem Mond das erste Kilo eines der Rohstoffe zu Tage fördert.

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