ESPLORE

ESPLORE (Elektrochemische nachhaltige Produktion von einheimischem Mondsauerstoff und Metallen aus REgolith oder Electrochemical Sustainable Production of indigenous Lunar Oxygen and metals from REgolith) ist ein gemeinsames Forschungsprojekt von Maana Electric SA und unserer Professur, finanziert durch den Luxemburger Nationalen Forschungsfonds (FNR) Stipendium 17671424 und Maana Electric SA.

Kurzfassung

In-Situ-Ressourcennutzung oder In-Situ Resource Utilization (ISRU) Technologien wurden als Schlüsselelement für eine nachhaltige Exploration des Weltraums identifiziert. Sauerstoff und Metalle könnten vor Ort aus planetarem Regolith gewonnen werden, um Materialien zu ersetzen, die andernfalls von der Erde benötigt würden, wodurch sich die Startmassen und -kosten verringern ließen. Molten Salt Electrolysis (MSE) ist eine vielversprechende ISRU-Technologie, bei der festes Regolith in einem Bad aus geschmolzenen Salzen bei Temperaturen nahe 1200 K elektrochemisch reduziert wird. Obwohl MSE auf der Erde ein umfangreiches industrielles Erbe für die elektrolytische Gewinnung und das Elektroraffinieren von Metallen hat, ist der Technologietransfer für den zuverlässigen und nachhaltigen Betrieb eines solchen Systems auf der Mondoberfläche eine Herausforderung und wurde noch nicht nachgewiesen. Einige der sich daraus ergebenden Herausforderungen sind: die Verdampfung geschmolzener Salze, wenn sie der lunare Vakuumumgebung ausgesetzt sind, die Entwicklung inerter Anodenmaterialien mit niedrigen Korrosionsraten, die gasförmiges O₂ erzeugen, anstelle der traditionellen Graphitanoden, die gasförmiges CO/CO₂ erzeugen, oder die Auswahl geeigneter Metallnachbehandlungstechniken, die die Erzeugung von Abfallprodukten vermeiden und die Kathodenzerstörung minimieren.

Daher zielt dieses Forschungsprojekt darauf ab, terrestrische industrielle MSE-Techniken so anzupassen, dass sie zuverlässig und nachhaltig auf der Mondoberfläche betrieben werden können, wo strengere Anforderungen gelten, die sich aus den höheren Startkosten und der direkten Einwirkung einer rauen Weltraumumgebung ergeben. Die abgeleiteten Forschungsziele sind daher:

1. Entwurf eines vollständig autonomen, skalierbaren MSE-Reaktors zur Gewinnung von Sauerstoff und Metallen aus Regolith-Simulanten unter analogen Mondbedingungen, einschließlich aller erforderlichen zusätzlichen Teilsysteme, die einen nachhaltigen und langfristigen Betrieb ermöglichen.
2. Entwurf einer MSE-Nutzlast in kleinem Maßstab, um die wichtigsten Teilsysteme von Ziel 1 auf der Mondoberfläche zu testen.
3. Entwicklung eines Leitfadens zur Erleichterung des Technologietransfers von der Entwicklung von Weltraum-Hardware zur terrestrischen MSE-Industrie.

Der erfolgreiche Abschluss dieses Forschungsprojekts wäre daher nicht nur ein Schritt hin zu einer deutlichen Erhöhung der TRL von ISRU-Sauerstoff- und Metallextraktionstechnologien durch die Entwicklung skalierbarer Systeme auf der Grundlage gut verstandener terrestrischer Prozesse, sondern würde auch zu einer umweltfreundlicheren Metallverarbeitung auf der Erde führen, indem direkte CO/CO₂-Emissionen vermieden und die Erzeugung von Abfallprodukten reduziert werden.