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Raumfahrttechnik: Warum Elektrolyse auf dem Mond schlechter funktioniert

Auf Mond oder Mars funktioniert die Erzeugung von Sauerstoff durch Elektrolyse von Wasser elf Prozent schlechter. Schuld ist ein nur schwer zu vermeidender Effekt.
Ein Transformator führt zu zwei Elektroden unter umgestülpten Reagenzgläsern in einem Wasserbad.

Um eine permanente Kolonie auf Mars oder Mond zu errichten, braucht man Sauerstoff. Und den gewinnt man, indem man Wasser mit Hilfe von Strom in seine Elemente aufspaltet Das allerdings funktioniert auf den Himmelskörpern deutlich schlechter als auf der Erde, berichtet nun ein Team um Bethany A. Lomax von der University of Glasgow in »Nature Communications«. Anhand von Elektrolyseversuchen auf Parabelflügen, bei denen durch die besondere Flugbahn für kurze Zeit sehr geringe Schwerkraft herrscht, zeigte es, dass Elektrolyse bei Mondschwerkraft etwa elf Prozent weniger Sauerstoff erzeugt als auf der Erde.

Nach den Resultaten des Teams braucht man in geringerer Schwerkraft eine höhere Spannung, um die gleiche Elektrolyseleistung zu erbringen. Der Grund für diese erhöhte so genannte Überspannung ist, dass Wasserstoff und Sauerstoff gasförmig sind – das heißt, es bilden sich bei der Elektrolyse Gasblasen auf den Elektroden, die das Wasser verdrängen. Ist die Schwerkraft hoch, perlen die Blasen nach oben und geben die Elektrode wieder für weitere Wassermoleküle frei. In geringerer Schwerkraft dagegen – wie sie auf Mond oder Mars herrscht – dauert es viel länger, bis die Blasen aufsteigen, weshalb die Elektroden von einem dichteren Mantel aus Blasen umgeben sind. Dieser setzt der Reaktion Widerstand entgegen, entsprechend sinkt die Ausbeute der Elektrolyse.

Wie das Team zudem feststellte, hängt der Effekt auch von den Eigenschaften der Elektrolyseanlage ab. So steigt die Bedeutung der Schwerkraft mit zunehmender Stromdichte an – ein Merkmal, das man beim Design von Anlagen für zukünftige Weltraumkolonien berücksichtigen müsste. Ein weiteres Ergebnis der Arbeitsgruppe um Lomax ist immerhin, dass für diese Entwicklung wohl keine Parabelflüge mehr nötig sein werden. Wie sich bei den Versuchsreihen in verschieden starker Schwerkraft zeigte – von nahezu Schwerelosigkeit bis zu achtfacher Erdanziehung«-, kann man die Leistung solcher Anlagen von hoher zu geringerer Schwerkraft extrapolieren.

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