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Sci-fi Life Support

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In Frank Herberts epischen Meisterwerk Dune (1965), dessen Handlung auf dem Wüstenplaneten Arrakis spielt, ist Wasser so wertvoll, das jeder (Schweiß)Tropfen wieder zum Trinken aufbereitet wird.

Im realen Leben werden die Reisen zum Mond und Mars wissenschaftlicher Fakt und die Science Fiction einholen. Wissenschaftler und Ingenieure vom Marshall Space Flight Center (MSFC) der NASA arbeiten daran ausgeatmeten Kohlendioxid und ausgeschiedenen Urin in wieder atembaren Sauerstoff und trinkbares Wasser umzuwandeln.

„Frühere Weltraummissionen – Mercury, Gemini, Apollo -  nahmen all das Wasser und den Sauerstoff mit den sie brauchten und ausrangierte Flüssigkeiten und Gase wurden ins All entsorgt“ erklärt Robert Bagdigian vom MSFC. In Kürze wird das Astronauten- Lebenserhaltungssystem ein geschlossenes System sein, damit ist gemeint, das man von zusätzlichen Lieferungen von der Erde unabhängig ist, während die ISS momentan noch auf diese Lieferungen angewiesen ist.

Aber für langlebige Missionen zum Mond und Mars macht es Sinn den Kreislauf zu schließen, also die Luft- und Wasserausscheidungen zu recyclen, statt diese wegzuwerfen. Schon bald wird auch die ISS ein solches regeneratives System testen.

Der Name dieses Projektes ist Environmental Control and Life Support Systems kurz ECLSS.

„Die Russen sind vor uns“ sagt Robyn Carrasquillo. „Die ursprünglichen Salyut und Mir Raumstationen waren in der Lage Feuchtigkeit aus der Luft zu komprimieren und durch Elektrolyse – elektrischer Strom läuft durch Wasser – Sauerstoff zum Atmen zu produzieren.“ NASA’s neues regeneratives ECLSS wird 2008 zur ISS starten und geht noch weiter und kann selbst Urin wieder aufbereiten.

Und dabei ist die Wiederaufbereitung von Urin eine ingenieurstechnische Herausforderung. „Urin ist so viel dreckiger als gewöhnliche Feuchtigkeit“ erklärt Carrasquillo. „Es kann Hardware korrodieren oder Schläuche verstopfen.“ ECLSS benutzt einen Reinigungsprozess genannt vapor compression distillation: dabei wird der Urin erhitzt, bis das Wasser verdampft. Dieser Dampf – hauptsächlich reines Wasser mit Spuren von Ammoniak und anderen Gasen – wandert in eine Destillationskammer und hinterlässt ein braunes Konzentrat von Fremdstoffen und Salzen was von Carrasquillo wohltätig als Lauge bezeichnet wird (was ausrangiert wird). Der Dampf wird abgekühlt und zurück zu einer Flüssigkeit kondensiert. Dieser destillierte Dampf wird mit dem Feuchtigkeitskondensat gemixt und das gereinigte Wasser wird tragbar. ECLSS kann 100 % der Luft-Feuchtigkeit und 85 % des Wassers im Urin wieder aufbereiten und kommt so auf eine Effizienz von 93 %.

So funktioniert es auf der Erde, doch im All gibt es noch eine Herausforderung: „Dampf steigt nicht auf“. Auftrieb benötigt Schwerkraft und in der Mikroschwerkraft eines Raumschiffs setzt sich Dampf einfach nieder. Es steigt auf natürliche Weise nicht in die Destillationskammer auf. Deshalb rotiert das ganze System für die ISS, um eine künstliche Schwerkraft zu erzeugen und den Dampf von der Lauge zu trennen.

Des weiteren fliegen in der Mikroschwerkraft menschliche Harre, Hautzellen, Fusseln und andere Fremdstoffe in der Luft herum anstatt auf den Boden zu fallen. Deshalb benötigt die Anlage ein beeindruckendes Filtersystem. Wenn klares Wasser am Ende herauskommen soll, wird auch Jod benötigt um das Wachstum von Mikroben zu hemmen (Chlor das auf der Erde benutzt wird Wasser zu einigen ist zu reaktionsfähig und gewagt für einen Einsatz im All).

Das regenerative Wasseraufbereitungssystem der ISS wiegt über 1,5 Tonnen und wird etwa 2 Liter pro Stunde produzieren, mehr als die jetzige dreiköpfige Besatzung braucht. „Dies wird uns ermöglichen eine sechsköpfige Besatzung kontinuierlich zu versorgen“ so Carrasquillo.

Neben der Aufbereitung des Trinkwassers für die Crew wird das water recovery system die andere Hälfte des ECLSS unterstützen: das oxygen generation system (OGS). Das OGS funktioniert durch Elektrolyse. Es spaltet Wassermoleküle in atembaren Sauerstoff und Wasserstoff.

„Aufbereiten ist wesentlich mehr kosteneffizient als das Nachliefern von Wasser von der Erde“ sagt Carrasquillo, speziell nachdem die Shuttles 2010 in den Ruhestand versetzt werden.   

Das Recycling von 93 % der Wasserabfälle ist beeindruckend. Aber für Missionen die Monate oder gar Jahre dauern müssen spätere Versionen des ECLSS näher an die 100 % herankommen.

Erst dann könnten Astronauten auf Planeten wie in Dune überleben.

Quelle: Science@NASA

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