317 ml Wasser
Der Zufall ist groß: Die NASA verkündet, ein weiteres Indiz für flüssiges Wasser auf dem Mars gefunden zu haben. Fast zeitgleich zeigt mein eigenes Experiment zur Wassergewinnung die ersten Erträge: 317 ml, um genau zu sein.
Der Aufbau des Experiments erinnert ein wenig an ein Gewächshaus. Es steht auf dem Boden und fängt das Wasser auf, das die Sonne aus dem Boden verdunstet – ein Prinzip, das auch auf dem Mars funktionert. In der Nähe unseres Habitats hält das Lavagestein an der Oberfläche zwischen 1% und 4% Wasser bezogen auf die Trockenmasse, die darunterliegenden Schichten haben einen Wassergehalt von knapp 10%. Marsboden enthält ähnliche Mengen an Wasser. Zum Vergleich: normaler Erdboden mit Pflanzenwuchs besteht zu etwa einem Viertel aus Wasser.
Es war genau 28 Tage nach Missionsbeginn, als Dusty und ich nach einem mehrere Tage dauernden Sturm endlich wieder auf EVA gehen und nach meinem Experiment sehen konnten. Wir hatten es zuletzt auf einer Bodenwelle installiert, so dass es möglichst viel Sonne abbekam. Ich hatte eine Bodenwelle für mein Experiment ausgewählt, die zwischen zwei höheren lag, gerade weil wir häufig starke Winde hier oben haben. Außerdem habe ich es mit Leinen an großen Gesteinsbrocken festgemacht. Aber – Lavagestein ist sehr leicht. Ob die Brocken ausreichen würden, um das „Gewächshaus“ bei einem kräftigen Windstoß am Boden zu halten?
Die Frage wurde beantwortet, als Dusty und ich den Hügel hinter unserem Habitat erklommen: Ein weißes Dreieck hob sich gegen den rostroten Untergrund und den blauen Himmel ab, genau an der Stelle, an der wir es zurück gelassen hatten. Wir vollführten einen Freudentanz, so gut das in unförmigen Anzügen möglich ist, dann funkte ich die gute Nachricht an Andrzej, der mit am Aufbau beteiligt gewesen war.
Wir liefen zum „Gewächshaus“. Anders als bei den vorangegangenen Versuchen waren die Wände von innen mit Wassertropfen benetzt; stellenweise sah man sogar, dass Wasser herabgelaufen war. Hoffnungsvoll sahen wir nach dem angeschlossenen Wasserbehälter: Er enthielt Wasser. Ich füllte es in eine mitgebrachte Wasserflasche und schloss den Wasserbehälter wieder an das Gewächshaus an. Ein weiterer Freudentanz folgte, sowie eine ungelenke Umarmung. Dann machten wir uns auf den Rückweg.
317 ml nach fünf Tagen Warten sind nicht viel. Allerdings waren diese fünf Tage überwiegend wolkig. Zwei sonnige Tage später, als ich erneut nach dem „Gewächshaus“ sah, waren 210 ml in der Flasche. Dafür war das „Gewächshaus“ aber an einer Seite aufgerissen und jeglicher Wasserdampf entwich einfach nach draußen – jetzt steht es wieder im Habitat zur Reparatur.
Immerhin kann ich jetzt, da der prinzipielle Aufbau funktioniert, die eigentlichen Fragen angehen: Welches Design ist am besten geeignet, um Wasser aus dem Boden zu gewinnen? Welcher Ort ist am besten geeignet? Wieviel Wasser kann man an einem sonnigen Tag gewinnen, und wieviel an einem wolkigen, wenn die Sonneneinstrahlung eher der auf dem Mars enstpricht? Lohnt es sich, das „Gewächshaus“ so oft wie möglich zu bewegen, oder kann man es längere Zeit an einem Ort stehen lassen?
Wir selbst nutzen das Wasser, um unsere Pflanzen zu gießen. Aber außer dem eigenwilligen Geschmack spricht nichts dagegen, es einfach zu trinken. So könnte man auf dem Mars mit einem ähnlichen Aufbau trinkbares Wasser gewinnen – ohne auf die salzigen, saisonalen Flüsse der NASA zurückgreifen zu müssen.
Beim NASA-Bericht in der letzten Woche wurde gesagt, dass Wasser auf dem Mars bereits bei 10°C verdampft – und nur gebunden in der Perchlorat-Lauge bis 24°C flüssig bleibt. Bedingungen, die nur im Mars-Sommer möglich sind.
Die Wassergewinnung auf dem Mars müsste daher im geschlossenen Druckbehälter erfolgen.
Ich habe noch nicht die Gelegenheit gehabt, die Temperatur in meinem Experiment zu messen, aber sie ist mit Sicherheit höher als in der Umgebung. 10°C auf dem Mars sollten auch im Winter kein Problem sein.
Allerdings weiß ich nicht, wo die 10°C herkommen. Soweit wir wissen, hat der Mars kein (dauerhaftes) Oberflächenwasser. Das liegt daran, dass es selbst bei den niedrigen, durchschnittlichen -60°C verdampft – und nicht erst bei 10°C – weil der Dampfdruck in der Marsatmosphäre so niedrig ist.
Warum habt ihr ein so großes Zelt gebaut? Je flacher desto
1) weniger Luft muss erwärmt werden
2) weniger Plane braucht es für die gleiche Fläche (das Wasser steckt ja im Boden, nicht in der Luft
3) weniger Angriffsfläche hat der Wind.
Außerdem würde ich eher einen Aufbau aus Metallbögen vorschlagen, die brechen unter Wind nicht sondern sind biegsam und haben ein geringeres Volumen und lassen sich gleich in den Boden schlagen.
Die drei Punkte sind richtig. Aber: Irgendwie muss das Wasser auch aufgefangen werden, und zwar möglichst so, dass man das Zelt NICHT entfernen muss, um an den Wasserbehälter zu kommen. Sonst verliert man den Wasserdampf, der sich bis dahin schon im Gewächshaus angesammelt hat. Auf dem Mars wäre Windfestigkeit eins der kleinsten Probleme. Übrigens war eins der Designs, die nicht funktioniert haben, ein flaches.
Ich habe darüber nachgedacht, Metall zu verwenden. Holz ist zum einen jedoch leichter zu einem Gestell zu verarbeiten, zum anderen lässt sich die Folie leichter befestigen, ohne Löcher zu stanzen. Bei der aktuellen Größe sind die Schwachstellen nicht die Holzstäbe, sondern die Verbindungen.
Da fehlen noch ein paar hygroskopische Chemikalien. 😉
Ich erinnere mich da an das Buch “Überleben in der Wüste Danakil” von Rüdiger Nehberg, in dem er in einem Kapitel Wassergewinnungsversuche aus der Wüstenluft und dem Wüstensand mit hygroskopischen Chemikalien beschreibt.
Apropos Nehberg: Der würde jetzt wohl noch Salz, Erde o. ä. in das gewonnene Wasser einrühren, damit wieder Mineralien in das destillierte Wasser kommen weil es ansonsten eventuell dem menschlichen Körper Mineralstoffe entzieht und eventuell nicht ohne gesundheitliche Bedenken getrunken werden kann; wahrscheinlich kommt daher auch der seltsame Geschmack.
Andererseits hat Nehberg glaube ich noch nichts peer-reviewtes über Medizin veröffentlicht ;-).
Gruß
Charly
Chemikalien sind ein Weg, um das Auffangen zu verbessern. Allerdings wollte ich das Wasser gerade nicht verschmutzen. Ein anderer Weg wäre ein Kühlaggregat. Ich habe aber im Moment keines hier, das erreicht mich frühestens Ende November mit dem nächsten Versorgungsschiff.
Was den Geschmack angeht, fürchte ich eher, dass beim Aufbau Staub in die Wasserleitungen eingedrungen ist.
Als Nebenbemerkung: Das Gewächshaus ist als schnelle Rettung vor dem Verdursten ungeeignet – auf kurze Sicht schwitzt man mehr Wasser aus als man mit dem Aufbau gewinnt. Da sind Chemikalien wohl die bessere Lösung.
Als hygroskopische Chemikalie empfehle ich jenen Zeolith der auch im selbstkühlenden Bierfass verwendet wird, vermutlich ist das Na-A-Zeolith.
Kälte mit Zeolith Technik: Demonstrator, ein schönes Video, ganz ohne Bier:
https://www.youtube.com/watch?v=rytnQoJ6ekk
Die Zeolith Technik liefert auf der Erde völlig reines destilliertes Wasser.
Auf dem Mars könnten andere und schädliche flüchtige Substanzen mit dem Wasserdampf in dem Zeolith adsorbiert werden.
Wenn diese Substanzen mit dem Wasserdampf wieder heraus kommen, dann ist das destillierte Wasser verunreinigt.
Wenn diese Substanzen in dem Zeolith adsorbiert bleiben, dann wird der Zeolith immer mehr geschädigt.
Für interessierte Laien:
The Watercone:
http://www.watercone.com/product.html
Der Wasserdampfdruckrechner:
http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/javascript/water-properties.html
Weitere Überlegungen:
Auf dem Mars wird in einem Watercone oder in einem Wasserzelt vermutlich eine Sublimation und danach eine Desublimation stattfinden, so dass sich gefrorenes Wasser auf den Wänden als Reif niederschlägt.
Auf dem Mars könnte man in diesem Wasser auch Wasserstoffperoxid, Chlorwasserstoff, und andere schädliche Substanzen finden.
Der Watercone basiert auf dem selben Prinzip wie mein “Gewächshaus”. Elegantes Design, da kann mein Experiment nicht mithalten. Leider kann man ihn nicht ohne wesentliche Modifikationen dazu nutzen, Wasser aus dem Boden zu gewinnen und man kann mit ihm keine systematischen Studien durchführen.
Leider bin ich kein Geologe, und vielleicht ist die Antwort auf meine Frage eigentlich offensichtlich, aber: Was passiert mit Gestein, wenn man so etwas in großem Umfang macht? Wenn man mal rechnet, wieviel Wasser Menschen und Pflanzen pro Tag verbrauchen, müsste man bei einer Marsbesiedelung der Kruste ja ziemlich viel Wasser entziehen. Welche geologischen Auswirkungen hätte das mittel- und langfristig an jener Stelle?
(PS: Klar, in gewissem Ausmaß kann man natürlich einen internen Kreislauf daraus machen, wie auf der ISS.)
Der Aufbau ist extra so gewählt, dass er sich leicht an einen anderen Ort versetzen lässt. Dadurch wird der “entwässerte” Boden frei und kann wieder Wasser(dampf) mit der Atmosphäre austauschen. Dadurch wird das Gestein nicht dauerhaft ausgetrocknet. Nichtsdestotrotz kann man das Wasser nicht wie auf der Erde achtlos “verbrauchen”, sondern muss jeden Tropfen so gut es eben geht wieder verwenden.
Bei einer kleinen Marskolonie oder Forschungsstation sind die Mengen im Vergleich zu dem Vorkommen auf dem gesamten Planeten vernachlässigbar. Bei einer großen Kolonie muss man sich eventuell etwas Neues überlegen – aber dahin müssen wir erst einmal kommen.
Ah, danke, verstehe. Für eine große Kolonie, die Wasser auch für die Produktion von Gütern benötigen würde, wäre vermutlich auch der Transport “von Hand” nicht mehr tragbar, nehme ich an. Da bräuchte man dann irgendein System mit Rohrleitungen, das vermutlich auch fest installiert bleiben müsste.
Bei einer großen Kolonie besteht die Möglichkeit, dass vor Ort neue – wasserlose – Lösungen für die Produktion von Gütern gefunden werden. Ich tippe auch, dass eventuelle Marsbewohner deutlich sparsamer mit dem Wasser umgehen werden als Erdbewohner. Aber ich fürchte, du hast recht – 100%-iges Recycling wird man nicht hinbekommen und dann kommt man um Rohrleitungen bei Großsiedlungen letztendlich nicht herum.
Ja, denke ich auch. Bevor man recyceln kann, muss ja auch erstmal was zum Recyceln vorhanden sein.
Hi Cookie, finde das Experiment nicht schlecht. Genau nach dem KISS-Prinzip (Keep it simple and safe). Ohne Hi-tech und von jedermann zu verstehen. Proof-of-concept erfolgreich, alles weitere kann man darauf aufbauen und optimieren.
Hallo Jedi, danke für die Info, zumindest dem Namen nach kannte ich das Prinzip noch nicht. Aber ich stimme voll und ganz zu – je weniger Teile ein System hat, um so weniger Teile können versagen.
Hi Christiane,
Gerade läuft ja “Der Marsianer” in den Kinos. Hast du das Buch gelesen? Wie fandest du es? Und wenn ja, wie fandest du es und für wie realistisch hälst du die Story?
Den Film habe ich noch nicht gesehen (die PR-Leute des Filmes waren sich nicht zu schade unseren Astrobiologen für ihre Kampagne in Frankreich zu benutzen, aber als wir um eine Kopie des Films gebeten haben, war plötzlich Funkstille), aber das Buch habe ich gelesen. Ich fand es insgesamt ganz spannend. Allerdings muss man erstmal hinnehmen, dass die Auswirkungen des Sturms am Anfang hoffnungslos übertrieben sind. Außerdem ist Wasser aus Hydrazin herzustellen zwar möglich, aber mMn unnötig gefährlich – gerade auch im Hinblick auf mein obiges Projekt 😉 Es gibt noch einige weitere Punkte, über die ich beim Lesen gestolpert bin, aber im Großen und Ganzen fand ich die Geschichte sehr überzeugend.
Der Autor hat offen zugegeben, daß der erste Sturm maßlos übertrieben war, aber er brauchte ihn, damit Watney den Abflug verpasst und für tot gehalten wird – und die Story überhaupt in Gang kommt. Und der Roman war bereits fertig, bevor Curiosity Wasser gefunden hatte…
BTW, wie ist eigentlich die Internetverbindung, wenn man mehrere Lichtminuten von der Erde entfernt ist?
Viel blieb ihm auch nicht übrig, nachdem er den zweiten Sturm realistisch dargestellt hatte.
Ich weiß nicht, wann Watney sein Buch fertig gestellt hat und wie bekannt zu dem Zeitpunkt war, dass der Marsboden zu einem großen Teil aus Permafrost besteht – aber es ist auch egal, denn er hat eine Methode gefunden, Wasser herzustellen UND sie überlebt 😉
Zur Internetverbindung: Als Sie den Kommentar schrieben, habe ich gerade den (jetzt veröffentlichten) Beitrag zu unserem Internetzugang überarbeitet. Falls noch Fragen offen geblieben sind – immer her damit!
Zur Kommunikation im Allgemeinen wird es noch weitere Beiträge geben, insbesondere der nächste ist zu unserem Verhältnis mit Mission Support.
Andy Weir hat (unter anderem in diesem Video https://www.youtube.com/watch?v=2tfh6OUUYUw ) erzählt, daß er, als er den “Marsianer” schrieb, die Hoffnung bereit aufgegeben hatte, als Autor Geld zu verdienen – es war ein Hobby-Projekt, das er zuerst Kapitel für Kapitel auf seiner Webseite veröffentlicht hat, bevor einige seiner Stammleser anfragten “kannst Du es nicht als ebook veröffentlichen, daß ich es auf meinem Kindle lesen kann?” und erst durch die Verkaufszahlen bei Amazon ist irgendwann ein Verlag auf ihn aufmerksam geworden (ein Verlag, der inzwischen darau besteht, daß das Buch jetzt nicht mehr auf der Webseite kostenlos zu lesen ist) – die Idee, Wasser aus Raketentreibstoff zu machen, ist also schon ein paar Jahre alt. Und der Sandsturm am Anfang ist die größte wissenschaftliche Ungenauigkeit, die er sich absichtlich erlaubt hat – den Rest der Geschichte hat er so akkurat wie möglich gemacht.
Volle Zustimmung zum letzten Satz – das Buch ist definitiv eines der bestrecherchierten.
Zur Wassergewinnung: selbst wenn zu dem Zeitpunkt schon eine bessere Methode bekannt war/gewesen wäre, ist es ja nicht unwahrscheinlich, dass jemand, der völlig auf sich allein gestellt ist, nicht die optimale Lösung findet und einen anderen Weg geht.