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Ziegelsteine aus Mondstaub

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Ziegelsteine aus Mondstaub | Video verfügbar bis 30.03.2024 | Bild: SWR

Etwas bröckelig sehen sie aus, und doch bezeichnet ihr Schöpfer sie als "Novum der Menschheitsgeschichte": Ziegelsteine – aus Mondstaub gebacken. Sie liegen auf dem  Schreibtisch von Matthias Sperl, Materialforscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln. "Wir waren auf dem Mond, aber wir haben noch nie außerhalb der Erde etwas hergestellt", sagt Sperl. Er ist auf einem guten Weg, das zu ändern. Die bröckelnden Steine auf seinem Tisch bestätigen das. Sperl entwickelt am DLR derzeit ein Verfahren, mit dem man eines Tages Gebäude, befestigte Wege und Fundamente auf dem Mond realisieren könnte.

Bauen unter Extrembedingungen

Animation: Gebäude auf dem Mond
Die Vision: Mond-Habitate. | Bild: LIQUIFER Systems Group GmbH

Wenn künftig Astronauten zu einer Langzeitmission auf den Mond aufbrechen, könnten sie hinter Wänden aus Sperls Ziegelsteinen Schutz finden. Vor der kosmischen Strahlung zum Beispiel. Ihr schützendes Dach über dem Kopf müssten sie sich allerdings selbst vor Ort errichten. Mit dem, was sie auf dem Mond vorfinden, denn das nötige Baumaterial von der Erde aus auf den Mond zu schießen, wäre nicht bezahlbar. Als Ressourcen stünden also nur zwei Dinge zur Verfügung: Mondstaub und Sonnenlicht. Und die Ziegelsteine, die daraus entstehen, müssen Extrembedingungen standhalten,  die wir von der Erde so nicht kennen mit Temperaturunterschieden von mehr als 100 Grad plus bis weit unter 100 Grad minus.

Im Sonnenofen gebacken

Der Sonnenofen des DLR
Außengelände des Sonnenofens am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. | Bild: DLR

Im Sonnenofen des DLR kann der Materialforscher simulieren, wie die Produktion von Ziegelsteinen auch auf dem Mond gelingen könnte. Statt echtem Mondstaub, von dem die Apollo-Missionen nur einige wenige kostbare Proben mit auf die Erde gebracht haben, verwendet Matthias Sperl für seine Versuche Vulkanasche. Von den physikalischen und chemischen Eigenschaften her ist sie mit Mondstaub nahezu identisch.

Und wie wird aus der Vulkanasche nun im Sonnenofen ein fertig gebackener Ziegelstein? Dazu muss man zunächst den Aufbau des Sonnenofens verstehen. Er besteht aus einem sogenannten Heliostat, also einem überdimensionierten Spiegel, der das Licht der Sonne unabhängig von deren Stand am Himmel auf eine bestimmte Stelle lenken kann: auf den sogenannten Konzentrator.

Dabei handelt es sich um eine weitere Spiegelfläche, ein Wabenmuster aus 159 einzelnen Hohlspiegeln mit einer speziellen Titanoxid-Beschichtung. Diese Waben-Spiegelwand konzentriert das Sonnenlicht um das Fünftausendfache und lenkt es ins Innere des "Sonnenofens". Dort kommt ein einziger, hochkonzentrierter Strahl an, der eine Temperatur von bis zu 2.500 Grad erreicht und die dicksten Stahlplatten durchbohren kann.

Der Mondstaub wird im Ofeninneren in einer Art 3D-Druckverfahren zum Ziegel gebrannt. Der gebündelte Sonnenstrahl dient dabei als Druckkopf. Auf einem speziell entwickelten Tisch, der eine programmierte Form abfährt, schmilzt das Sonnenlicht den Sand Schicht um Schicht. Am Ende ist jede Schicht mit der nächsten fest verbacken.

Ein Stein macht noch kein Gebäude

Matthias Sperl betrachtet einen Mondziegelstein
Materialforscher Matthias Sperl arbeitet an Mondziegelsteinen. | Bild: SWR

"Der große Vorteil, wenn ich das im 3D-Druckverfahren schichtweise mache, ist: Ich bin vor Ort sehr viel flexibler und kann mit wenig Material genau das bauen, was ich brauche", sagt Materialforscher Matthias Sperl. Das nächste Ziel ist, die Ziegelsteine zu geometrischen Formen weiterzuentwickeln, die sich so ineinander stecken lassen, dass sie stabil zusammenhalten – ohne Mörtel oder Baugerüst. Denn auch diese Dinge müsste man sonst mit hohem Kostenaufwand auf den Mond transportieren.

Auch das Produktionsverfahren selbst ist noch ausbaufähig. Die Ziegelsteine sind momentan so fest wie Gips. Sperl ist das noch nicht stabil genug. Er arbeitet daran, sie so fest wie Beton zu bekommen.

Ziegel aus Sahara-Sand?

Ziegel aus Sand – wäre das nicht auch auf der Erde nützlich? Sahara-Sand per 3D-Druck zu Ziegeln zu backen, wäre zu umständlich und preislich nicht konkurrenzfähig. Im Sonnenofen ist es Matthias Sperl allerdings gelungen, den Wüstensand durch teilweises Verbacken so zu verändern, dass er als Betongrundstoff geeignet ist. Wüstensand ist eigentlich zu rund und gleichmäßig, um im Betonbau eingesetzt werden zu können. Einen Industriepartner zur Umsetzung dieses Verfahrens gibt es bereits.

Das Bauen auf dem Mond allerdings bleibt vorerst eine Vision. Rund eine Million Euro hat die EU im Rahmen des Projekts "Horizon 2020" schon in die Mondziegelstein-Forschung investiert. Ob Matthias Sperl noch selbst erleben wird, wie Gebäude auf dem Mond entstehen, mag er selbst nicht beantworten. Aber den Grundstein dafür hat er buchstäblich gelegt.

Autorin: Sophie König (SWR)

Stand: 22.03.2019 13:57 Uhr

Sendetermin

Sa., 30.03.19 | 16:00 Uhr
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Norddeutscher Rundfunk
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