Im Jahr 1986 schätzten Wissenschaftler des Institute of Fusion Technology an der Universität von Wisconsin, dass der „Boden“ des Mondes, das Regolith, eine Million Tonnen Helium-3 (3He) enthält, ein Material, das als Brennstoff für die Energieerzeugung durch Kernfusion verwendet werden könnte. Der Studie zufolge wäre sein Abbau ein lohnendes Unterfangen: Die durch Helium-3 erzeugte Energie wäre 250 Mal größer als die, die nötig wäre, um diese Ressource vom Mond abzubauen und zur Erde zu transportieren, wo die Helium-3-Reserven des Mondes den Bedarf der Menschheit für Jahrhunderte decken könnten.
Die Analyse der Forscher, die sich auf Proben stützt, die bei den Apollo-Missionen gesammelt wurden, löste ein Fieber für dieses neue Mondgold aus, das für diejenigen, die es kontrollierten, Milliarden von Dollar wert sein würde. Doch mehr als 30 Jahre später ist noch kein einziges Gramm gesammelt worden, und es gibt Stimmen, die behaupten, dass es nie dazu kommen wird, weil Helium-3 nur dazu gedient hat, einen riesigen Ballon unbegründeter Spekulationen aufzublasen.
Die Kernfusion leichter Atome, wie der Wasserstoffisotope Deuterium (2H) und Tritium (3H), gilt seit Jahrzehnten als die Energiequelle der Zukunft, unerschöpflich und viel weniger umweltschädlich als die Spaltung schwerer Atome wie Uran. Die technologische Entwicklung, die erforderlich ist, um eine praktische und energieeffiziente Option zu sein, beschäftigt die Forscher jedoch noch immer, und es handelt sich nicht um eine völlig saubere Energie: Bei der Fusion von Deuterium und Tritium entstehen Neutronen, Teilchen, die eine radioaktive Verseuchung verursachen und nicht durch elektromagnetische Felder eingedämmt werden können, da sie keine elektrische Ladung haben.
Dagegen bietet Helium-3 (ein nicht radioaktives Isotop des Gases, das zum Aufblasen von Luftballons verwendet wird) bemerkenswerte Vorteile: Seine Fusion mit Deuterium ist effizienter als Deuterium-Tritium und setzt keine Neutronen, sondern Protonen frei, die dank ihrer positiven Ladung leicht eingefangen werden können. Außerdem kann die Energie direkt zur Stromerzeugung genutzt werden, ohne dass Wasser erhitzt werden muss, um Turbinen anzutreiben, wie dies bei den derzeitigen Kernspaltungsanlagen der Fall ist.
Haupthindernisse
Das Problem besteht darin, dass Helium-3 auf der Erde äußerst knapp ist. Dieses Isotop stammt hauptsächlich aus dem Sonnenwind, aber die Erde ist durch ihre Atmosphäre und ihr Magnetfeld geschützt. Im Gegensatz dazu hat der Mond über Milliarden von Jahren eine unglaubliche Menge dieses Materials in seiner Oberflächenschicht angesammelt, allerdings in so geringer Konzentration, dass man enorme Mengen an Regolith verarbeiten müsste, um es durch Erhitzen auf 600 °C zu gewinnen. Hinzu kämen die Schwierigkeiten und Kosten des Transports zur Erde.
Trotz der großen Hindernisse „könnte es einige Chancen geben, Helium-3 als Brennstoff der zweiten Generation zu verwenden“, sagt der Fusionsphysiker John Wright vom Massachusetts Institute of Technology gegenüber OpenMind. Für Wright sind jedoch noch enorme Verbesserungen in der Fusionstechnologie erforderlich, „bevor wir uns über den Abbau Gedanken machen müssen.“
Der Haupteinwand gegen die Fusion mit Helium-3 wird von Frank Close, einem Physiker von der Universität Oxford, zusammengefasst. Im Jahr 2007 schrieb Close in der Zeitschrift Physics World, dass „Deuterium mit Helium-3 bis zu 100 Mal langsamer reagiert als mit Tritium“, was wesentlich höhere Schmelztemperaturen als in den derzeitigen Reaktoren erfordern würde. In der Praxis, so Close, würde Deuterium dazu neigen, mit sich selbst zu verschmelzen, um Tritium zu bilden, das dann wie bei der herkömmlichen Fusion wieder mit Deuterium reagieren und Neutronen erzeugen würde. Zusammenfassend bezeichnete Close die Idee, Strom aus Mond-Helio-3 zu erzeugen, als „Mondschein“.
„Helium-3 hat keine Bedeutung für die Fusion“, betont Close gegenüber OpenMind; „An den physikalischen Gesetzen hat sich seit meinem Artikel von 2007 nichts geändert.“ Obwohl der Physiker die Entwicklung des Mondbergbaus für möglich hält, „hat es keinen Sinn, wegen Helium-3 zum Mond zu gehen, wenn das Ziel die Fusion ist.“
Neue Strategien für die Fusion
Die Einwände von Close stützen sich jedoch auf konventionelle Fusionsreaktoren wie ITER, ein internationales Projekt, das derzeit in Frankreich gebaut wird, dreimal so viel wiegt wie der Eiffelturm und Temperaturen von 150 Millionen Grad Celsius erreicht. Ein gleichartiger Entwurf für die Heliumfusion würde höhere Temperaturen und noch größere Abmessungen erfordern. Daher sind neue Strategien erforderlich. „Die Herausforderung besteht darin, die Menge an Tritium, die bei diesen Nebenreaktionen im Plasma verbleibt, so zu steuern, dass die Produktion von Deuterium-Tritium-Neutronen minimiert wird“, schreibt Wright.
Und jemand hat es möglich gemacht, allerdings noch ohne positive Energiebilanz. Gerald Kulcinski, Direktor des Institute of Fusion Technology an der University of Wisconsin und einer der Autoren der bahnbrechenden Studie von 1986, entwickelt seit Jahrzehnten die Fusion mit Helium-3. „Es ist richtig, dass die Energie, die für die Deuterium-Helium-3-Fusion benötigt wird, etwa zwei- bis dreimal höher ist als die für Deuterium-Tritium“, sagt Kulcinski gegenüber OpenMind.
Der von dem Forscher entwickelte kleine Reaktor schafft es, das Hindernis zu überwinden, indem er die Produktion von Neutronen minimiert und ihre Energie reduziert. Noch vielversprechender, fügt Kulcinski hinzu, ist die Helium-3-Helium-3-Fusion, die zwar komplizierter, aber völlig neutronenfrei ist. „Das wäre ein echter Wendepunkt, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich das zu meinen Lebzeiten noch erleben werde“, schließt er. Für den Analysten Thomas Simko von der RMIT University in Australien werden „Heliumfusionsreaktoren wahrscheinlich frühestens Mitte des Jahrhunderts entwickelt werden“
Aber selbst wenn die Stolpersteine der Fusionstechnologie überwunden würden, bliebe immer noch die Frage des Mondbergbaus. Simko weist jedoch darauf hin, dass die ersten Erkundungsschritte wahrscheinlich in den kommenden Jahren erfolgen werden, so dass „wenn Helium-3 benötigt wird, bereits bekannt ist, wo es sich befindet und wie es gewonnen und geliefert werden kann.“
Erste Schritte für den Mondbergbau
In der Tat scheint es, dass diese ersten Schritte bereits im Gange sind. Einige nationale Raumfahrtagenturen sowie verschiedene Privatunternehmen haben den Mondbergbau im Visier, hinzu kommt das Interesse der aufstrebenden Mächte: Die chinesische Sonde Chang’e 4, die sich auf der verborgenen Seite des Mondes befindet, könnte unter anderem das Vorhandensein von Helium-3 aufspüren, was auch für die Mondmission Chandrayaan 2 gilt, die Indien im April starten wird.
Die Europäische Weltraumorganisation hat ihrerseits einen Vertrag mit mehreren Unternehmen unterzeichnet, um die künftige Nutzung von Mondregolith-Ressourcen zur Unterstützung einer bewohnten Kolonie zu untersuchen; in diesem Fall könnte Helium-3 zum Betrieb eines lokalen Reaktors oder sogar als Treibstoff für Raumfahrzeuge verwendet werden, die durch Kernfusion angetrieben werden.
In der Tat halten viele Experten diese In-situ-Nutzung von Ressourcen für eine realistischere Option. „Ich glaube nicht, dass es so viel bringt, den Mond abzubauen und zur Erde zu bringen“, sagt der Planetengeologe Paul Byrne von der North Carolina State University gegenüber OpenMind. „Ich denke, es ist eine viel bessere Verwendung unseres Geldes, unserer Zeit und unserer Kreativität, die Ressourcen des Mondes zu nutzen, um Menschen auf dem Mond zu unterstützen und zukünftige robotische und bemannte Erkundungen zu anderen Teilen des Sonnensystems zu unterstützen.“ Kurz gesagt, mit oder ohne Gold, es scheint, dass das Mondfieber keine Anzeichen eines Abklingens zeigt.
Javier Yanes
@yanes68