Harnstoff aus Astronauten-Urin könnte als Bindemittel für Regolith-Backsteine dienen Mondbasis: Urin als Bau-Helfer? - scinexx | Das Wissensmagazin
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Mondbasis: Urin als Bau-Helfer?

Harnstoff aus Astronauten-Urin könnte als Bindemittel für Regolith-Backsteine dienen

Mondbasis
Beim Bau künftiger Mondstationen könnte Urin, gemischt mit lunarem Regolith ein nützlicher Baustoff sein. © ESA/ Foster and Partners

Skurrile Idee: Der Urin von Astronauten könnte dabei helfen, Bauten auf dem Mond zu errichten. Denn der im Urin enthaltene Harnstoff wirkt wie ein Bindemittel und macht den lunaren Regolith formbar und beständig, wie nun ein Experiment belegt. Der große Vorteil: Wird der vor Ort produzierte Urin genutzt, muss für die Regolith-Backsteine nicht eigens Rohmaterial von der Erde eingeflogen werden – und das spart Kosten.

Sowohl die NASA als auch die Europäische Raumfahrtagentur ESA wollen zurück zum Mond – diesmal auf Dauer. Neben einer lunaren Orbitalstation planen sie eine Basis auf der Mondoberfläche. Dafür wird jedoch geeignetes Baumaterial benötigt, das die Astronauten vor Strahlung und Vakuum schützt und gleichzeitig stabil genug ist, um den starken Temperaturschwankungen, Mikrometeoriten und der Strahlung zu widerstehen.

Regolith als Baumaterial

Allerdings müssen die lunaren Gebäude nach Möglichkeit aus vor Ort vorhandenen Rohstoffen entstehen – denn jeder Transport von Material ins All ist extrem teuer. Deshalb arbeiten Wissenschaftler schon daran, aus dem lunaren Regolith geeignete Bausteine zu erzeugen. Deutsche Forscher erproben dies durch Brennen mit einem Solarofen, in einem anderen Projekt wird der Regolith per 3D-Druck in Form gebracht.

Doch dabei gibt es eine Schwierigkeit: Um den Mond-Regolith mittels 3D-Druck zu Wandteilen zu machen, benötigt man Wasser und ein weichmachendes Bindemittel. Erst dieses sorgt dafür, dass das Material beim Druck gut formbar ist, aber nach dem Erstarren stabil wird, ohne Risse zu bilden. Auf der Erde nutzt man dafür oft Naphtalen oder Polycarboxylat. Doch woher nimmt man diese Bindemittel auf dem Mond?

Harnstoff als Bindemittel und Weichmacher

Eine ungewöhnliche Antwort darauf haben nun Shima Pilehvar von der norwegischen Østfold Universität und seine Kollegen gefunden. Sie schlagen vor, den Urin der Mondastronauten als Bindemittel-Lieferanten zu nutzen. Der Grund: „Die beiden Hauptkomponenten dieser Körperflüssigkeit sind Wasser und Harnstoff“, erklärt Koautor Ramon Pamies von der Polytechnischen Universität Cartagena. Menschlicher Urin enthält etwa neun bis 23 Gramm Harnstoff pro Liter.

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Von Harnstoff jedoch weiß man, dass er Wasserstoffbrückenbindungen aufbrechen kann und so die Viskosität von wasserhaltigen Mischungen verringert. Mit anderen Worten: Er macht einen Baustoffbrei sämiger und formbarer. „Es ist daher plausibel anzunehmen, dass Harnstoff als Weichmacher wirkt, der gleichzeitig den Wasserbedarf solcher Geopolymere verringert“, erklären die Forscher.

REgolith-Baustoff
Sieht unappetitlich aus, ist aber ein 3D-gedrucktes Gebilde aus Regolith-Analog, Harnstoff und Wasser. © Shima Pilehvar et al./ Journal of Cleaner Production

Ähnlich gut wie gängige Bindemittel

Wie gut sich Harnstoff als Bindemittel eignet, haben Pilehvar und sein Team nun in Vergleichstests überprüft. Dabei verwendeten sie ein Regolith-Analog als Mondstaub-Ersatz und rührten dieses mit Wasser und entweder Harnstoff, Naphtalen, Polycarboxylat oder keinem Bindemittel an. Anschließend testeten sie, wie gut sich das Material verdrucken und Formen ließ, wie lange es zum Festwerden brauchte und wie stabil es selbst bei stark wechselnden Temperaturen gegenüber Belastung ist.

Das Ergebnis: Die Regolith-Mischung ohne Bindemittel war wie erwartet wenig brauchbar. Sie war zu steif und spröde für den 3D-Druck und bildete schon im nassen Zustand bei Belastung Risse. Anders dagegen die Mischung mit Harnstoff: Sie war weich genug, um geformt zu werden, aber stabil genug, um dann auch in Form zu bleiben, wie die Forscher berichten. Harnstoff war dabei ähnlich nützlich wie die herkömmlichen Bindemittel.

Und auch in anderer Hinsicht erwies sich der Urin-Inhaltsstoff als geeigneter Zusatz: „Die Harnstoff-Mischung zeigt eine relativ hohe anfängliche Kompressionsstabilität“, berichten Pilehvar und sein Team. Das mache dieses Material besonders gut geeignet für den 3D-Druck. Nach dem Erhitzen auf 80 Grad und mehreren Zyklen von Gefrieren und Tauen blieben die Bauteile aus der Harnstoff-Regolith-Mischung ähnlich stabil wie das mit gängigen Bindemitteln hergestellte Material.

Urin als Rohstoff

„Damit zeigt Harnstoff Eigenschaften, die ihn zu einem vielversprechenden Zusatzstoff für lunare Geopolymere machen“, konstatieren die Forscher. Die Konstruktion von Mondbasis-Bausteinen aus Regolith mit Urinzusatz wäre demnach durchaus denkbar. „Ob der Harnstoff zuvor aus dem Urin extrahiert werden muss oder ob man nicht auch den kompletten Urin nutzen könnte, müssen wir nun noch testen“, sagt Pilehvars Kollegin Anna-Lena Kjoniksen.

Angesichts der Wasserknappheit auf dem Mond wäre es möglicherweise durchaus sinnvoll, den gesamten Urin für die Anmischung des Regolith-Baustoffs zu nutzen. Denn dann müsste man weniger Wasser aus Eisvorkommen in den polaren Mondkratern oder aus dem Regolith selbst gewinnen. (Journal of Cleaner Production, 2020; doi: 10.1016/j.jclepro.2019.119177)

Quelle: FECYT – Spanish Foundation for Science and Technology

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