Um langfristige Mondmissionen zu unterstützen, den Nahrungs- und Sauerstoffbedarf der Astronauten zu decken und die hohen Transportkosten von der Erde zu senken, hat ein Forschungsteam der TUM die Machbarkeit der Nutzung lokaler Mondressourcen zum Bau von Photobioreaktoren (PBRs) eingehend analysiert. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden kürzlich in der Zeitschrift Acta Astronautica veröffentlicht.

Das Konzept eines Photobioreaktors (PBR) basiert auf geschlossenen biologischen Systemen, wie beispielsweise Algen, die mit lebenswichtigen Rohstoffen wie Kohlendioxid und Wasser versorgt werden und gleichzeitig „Abfälle“ wie Sauerstoff und Algen sammeln. Ein gut konzipierter PBR, insbesondere mit den richtigen Algen, kann effizient nützliche Substanzen produzieren und Abfall reduzieren. Die rauen Umgebungsbedingungen auf der Mondoberfläche erfordern jedoch, dass der PBR in ein Schutzsystem eingeschlossen wird, um ihn vor direkter Sonneneinstrahlung und anderen Strahlungsschäden zu schützen. Die Nutzung der Mondressourcen zum Bau eines solchen Schutzsystems ist ein Forschungsschwerpunkt.

Das Forschungsteam zog zwei Arten von Photobioreaktoren in Betracht: ein röhrenförmiges Airlift-System und ein Flachplatten-Airlift-System (FPA). Das FPA-System ist effizienter, verursacht aber auch höhere Wartungskosten. Angesichts der hohen Kosten von Mondstarts könnten durch den Bau beider Systeme Millionen von Dollar eingespart werden, doch das röhrenförmige System birgt ein noch größeres Potenzial: Durch die Nutzung lokaler Ressourcen könnten bis zu 50 Millionen Dollar eingespart werden. Der Mond ist reich an Ressourcen und die Forschung hat Fortschritte bei der Nutzung von Mondregolith zur Herstellung von Metallen erzielt. Die Algen im Inneren des PBR benötigen jedoch Licht, was viel Energie verbraucht und moderne Komponenten wie LEDs erfordert. Für die Außenbeleuchtung ist ein transparentes Glasgehäuse erforderlich und derzeit ist die Herstellung von transparentem Glas mithilfe von Mondressourcen noch immer eine Forschungsherausforderung. Auch die lokale Produktion von Elektronikprodukten und Kunststoffkomponenten wie LEDs ist mit Herausforderungen verbunden. Algen selbst könnten jedoch als Biomaterial für Kunststoffe verwendet werden.

Phosphor ist ein Schlüsselelement für das Leben und muss auf dem Mond gesammelt werden, um das langfristige Überleben von Organismen zu gewährleisten. Für das Überleben von Algen wichtige Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Chlor sind auf dem Mond jedoch relativ selten. Die Studie schlägt vor, Astronautenabwässer zu recyceln, um einen geschlossenen Kreislauf der Elementnutzung zu erreichen. Um PBR zu einem Schlüsselelement langfristiger Mondmissionen zu machen, schlug das Forschungsteam einen hybriden Ansatz vor, der traditionelle Methoden der In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) zur Sauerstoffproduktion mit der Nutzung von PBR sowohl zur Nahrungsmittel- als auch zur Sauerstoffproduktion kombiniert.

Weitere Informationen: Lina Salman et al., „In situ fabrication of photobioreactors on the Moon using local resources“, Acta Astronautica (2025). Zeitschrifteninformationen: Acta Astronautica