Im Sonnensystem kreisen unvorstellbare Schätze: Asteroiden sind reich genug an Edelmetallen, um den Bedarf der Menschheit jahrhundertelang zu decken. Darüber hinaus könnten sie Weltraumexpeditionen und zukünftige Kolonien mit Rohstoffen und Treibstoff versorgen. Aber wann und wie könnte die Gewinnung von Asteroiden-Rohstoffen beginnen?

Diese reichen Ressourcen durch Bergbau im Weltall zu gewinnen, wäre ein großer Fortschritt für die Raumfahrt. Bislang sind diese Vorräte jedoch noch außerhalb unserer Reichweite: Technologien für den Abbau von Asteroiden mit Robotern sind noch in der Entwicklung. Aber Forschung und Wirtschaft stehen schon in den Startlöchern, um Asteroiden als Rohstoffquellen zu erschließen. Eine verbreitete Idee der Science Fiction ist im Begriff, Realität zu werden.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015

Asteroiden verursachen regelmäßig Schlagzeilen, wenn sie sich der Erde nähern: Wie groß ist das Risiko eines Einschlags? Was passiert, wenn tatsächlich mal ein solcher Brocken auf die Erde stürzt? Und was können wir dagegen unternehmen? Viele astronomische Studien beschäftigen sich daher mit den eher bedrohlichen Aspekten von Asteroiden.

Doch die Fels- und Eisbrocken aus dem All halten viel mehr bereit: Ähnlich wie Kometen sind sie Überbleibsel aus der Frühzeit unseres Sonnensystems. Sie bestehen aus Material, das sich nie oder nur in Ansätzen zu einem Planeten zusammenballen konnte. Wie die Asteroiden zusammengesetzt sind, verrät uns daher viel über die Entstehungsgeschichte des Sonnensystems und der Planeten. Allein wissenschaftlich haben Asteroiden also einen hohen Wert.

20 Milliarden Tonnen Edelmetall

Aufgrund ihres Gesteins sind sie aber auch materiell äußerst wertvoll: Darin kommen viele Metalle vor, die auf der Erde sehr selten sind. Über den Asteroiden Eros beispielsweise fand die NASA-Sonde „NEAR Shoemaker“ im Jahr 2001 heraus, dass er geschätzte 20 Milliarden Tonnen an verschiedenen Metallen enthält, darunter Aluminium und die seltenen Edelmetalle Gold und Platin.

Das ist mehr, als die Menschheit bislang in ihrer Geschichte aus der Erde geholt hat. Dabei ist der annähernd wie eine Banane geformte Eros gerademal knapp 35 Kilometer lang und elf Kilometer dick. Für die Industrie sind Gold und Platinmetalle wichtig für die Mikroelektronik oder als chemische Katalysatoren. Auf derartig metallreichen Asteroiden eine Art Bergbau im Weltall zu betreiben, könnte viele Rohstoffprobleme der Erde lösen.

Eros gehört aufgrund seiner Zusammensetzung zu den Asteroiden vom S-Typ. Das S steht offiziell für „silikatreich“, umgangssprachlich aber auch oft für „steinig“. Knapp ein Fünftel der bekannten Asteroiden fallen in diese Gruppe. Sogar noch reicher an Metallen sind die Asteroiden vom M-Typus, die allerdings seltener sind. Der Name deutet die reichen Vorräte bereits an: Das M steht für „metallisch“.

Iridium-Anomalie bezeugt Metall-Reichtum

Diese Brocken bestehen fast aus reinem Metall. Hauptbestandteil sind zwar die auch auf der Erde häufigen Metalle Eisen und Nickel. Diese zur Erde zu bringen wäre verschwendete Energie, doch für die Raumfahrt sind sie mögliche Rohstoffe, die nicht erst teuer von der Erde ins All verfrachtet werden müssten.

Daneben enthalten M-Asteroiden auch noch wahre Schätze: Die Konzentration an Edelmetallen wie Platin und Iridium ist um ein Vielfaches höher. Indirekt sind solche Asteroiden auch für viele auf der Erde abgebaute Metalle Art verantwortlich: Beispielsweise entstanden praktisch alle bekannten Lagerstätten von Iridium-Erzen aus Einschlägen von Meteoriten.

Besonders deutlich wird dies an der sogenannten Iridium-Anomalie: In der Gesteinsschicht, anhand derer Geologen die Kreidezeit von der Zeit des Paläogen abgrenzen, existiert tausendmal mehr Iridium als in der sonstigen Erdkruste. Dieses Iridium geht vermutlich auf den Meteoriten zurück, der vor 66 Millionen Jahren mitverantwortlich für den Untergang der Dinosaurier war. Nach dessen gewaltigem Einschlag verteilte es sich mit dem Staub um die ganze Erde und ist nun fast überall nachweisbar, wo diese Grenzschicht sichtbar wird.

Eisen vom Himmel

Historisch waren solche metallischen Meteoriten möglicherweise die erste spärliche Quelle für metallisches Eisen, die Menschen noch vor Beginn der Eisenzeit nutzen konnten. Ein Beispiel dieses „Sterneneisens“ ist der nach seinem Fundort auf Grönland benannte Cape York Meteorit. Die in dessen Nähe siedelnden Inuit verwendeten das Metall aus dem Meteoriten jahrhundertelang für Werkzeuge und Pfeilspitzen.

Neben hauptsächlich Eisen und etwas Nickel enthält dieser Meteorit auch die Metalle Germanium, Gallium und Iridium in deutlich höheren Mengen als sie in irdischen Erzen vorkommen. Seine Iridium-Konzentration ist über hundertmal größer als in der Iridium-Anomalie, und zehntausendmal höher als der Durchschnittswert der Erdkruste.

Doch darauf zu warten, dass ein metallreicher Asteroid als Meteorit auf der Erde einschlägt, ist nicht besonders wirtschaftlich. Darum sind die Asteroiden selbst ein verlockendes Ziel für den Abbau dieser Metalle.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015

Die bei weitem häufigsten Asteroiden sind diejenigen vom C-Typus, sie machen gut drei Viertel

aller Asteroiden aus. Das C steht für „carbonaceous“, also kohlenstoffreich. Getreu ihrem Namen enthalten sie viel Kohlenstoff und organische Kohlenstoffverbindungen, aber auch Phosphate und viel Wassereis.

Wenig Metall, dafür Wasser und Dünger

Das klingt zunächst nicht so attraktiv und wertvoll wie die seltenen Metalle der M- und S-Asteroiden. Kohlenstoff und Wasser kommen schließlich auch auf der Erde reichlich vor, der Abbau oder Transport solcher Asteroiden zur Erde ergibt daher wenig Sinn.

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Doch für die Raumfahrt und besonders für langfristige Missionen sind die C-Asteroiden hochinteressant. Naheliegend klingt zunächst, dass bemannte Raumfahrtmissionen oder sogar zukünftige Weltraum-Kolonien an Asteroiden ihre Wasservorräte aufstocken könnten. Kohlenstoffverbindungen und Phosphate könnten außerdem als Dünger für eventuelle Treibhäuser solcher Kolonien dienen.

Raketentreibstoff aus Asteroiden-Eis

Gerade das Wasser ist jedoch aus noch einem anderen Grund interessant: Durch Elektrolyse lässt es sich in Wasserstoff und Sauerstoff spalten – und diese Mischung ist ein äußerst effizienter Raketentreibstoff. In nicht allzu ferner Zukunft könnten Abbau und Elektrolyse von Asteroiden-Eis gewissermaßen Tankstellen für Raumfahrzeuge ermöglichen.

Bemannte oder unbemannte Forschungsmissionen müssten dann beim Start nicht so viel schweren Treibstoff mitführen und könnten mit wesentlich geringerem Aufwand von der Erde starten. Denn zu den größten und im wahrsten Sinne schwersten Problemen der heutigen Raumfahrt gehört das Gewicht des Treibstoffvorrats: Längere Raumflüge erfordern mehr Treibstoff, doch das zusätzliche Gewicht erfordert ebenfalls weiteren Treibstoff, welcher ebenfalls mehr Treibstoff erfordert, und so weiter.

Das Gesamtgewicht einer Rakete beim Start wächst so exponentiell an. Vor allem der Start aus der „Schwerkraftsenke“ der Erde verschlingt gewaltige Mengen Treibstoff. Bei einem Zwischenstopp im Weltraum nachtanken zu können, würde daher Langstreckenflüge zur Erkundung fremder Planeten und zu zukünftigen Kolonien enorm erleichtern.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015

Doch diese verlockenden Reichtümer sind derzeit noch weit weg. Die meisten Asteroiden kreisen im Asteroidengürtel um die Sonne, jenseits der Umlaufbahn unseres Nachbarplaneten Mars. Eine Forschungssonde zum Mars oder darüber hinaus zu schicken, ist für sich schon ein großer Aufwand, von einer Expedition zum Rohstoffabbau ganz zu schweigen. Der industrielle Abbau, das sogenannte Asteroiden-Mining, steht in dieser Region noch tatsächlich in den Sternen.

Erdnahe Asteroiden in Reichweite

Doch viel näher und damit besser erreichbar als die im Asteroidengürtel kreisenden Fels- und Metallbrocken sind die sogenannten erdnahen Asteroiden. Diese kreisen auch innerhalb der Mars-Umlaufbahn um die Sonne und einige kreuzen die Umlaufbahn der Erde. Sie sind es, die regelmäßig für Schlagzeilen verantwortlich sind, wenn sie sich der Erde nähern.

Verglichen mit den hunderttausenden von Asteroiden im Asteroidengürtel sind die über 12.000 bekannten erdnahen Asteroiden eine kleine Minderheit. Dies schränkt die Auswahl nach geeigneten Zielen zwar ein, doch diese Objekte bieten eine bunte Mischung vieler verschiedener Typen, so dass sie für Forschungszwecke gut geeignet sind. Mehrere Raumsonden haben daher bereits einzelne Exemplare besucht. Mit NEAR Shoemaker gelang zum ersten Mal ein Orbit um einen Asteroiden, den bereits erwähnten Eros, der zur Gruppe der Apollo-Asteroiden gehört. Zum Ende der Mission landete die Sonde sogar darauf und funkte ihre letzten Daten direkt von der Oberfläche.

Revolutionäre Daten über die Zusammensetzung eines typischen S-Typ-Asteroiden lieferte die japanische Raumsonde Hayabusa: Sie setzte vorübergehend auf dem etwa 300 mal 700 Meter großen Asteroiden Itokawa auf und sammelte eine Probe des aufgewirbelten Staubes ein. Diese Probe schickte sie anschließend zurück zur Erde.

Probensammeln vom Asteroiden

2010 trat die Kapsel mit dem gesammelten Staub in die Erdatmosphäre ein und wurde in Südaustralien eingesammelt. Die rund 1.500 enthaltenen Staubkörnchen reichten Wissenschaftlern aus: Das Material bestätigte, dass Bruchstücke von S-Asteroiden wie Itokawa in der Tat der Ursprung der am häufigsten auf der Erde einschlagenden Meteoriten sind.

Die Ende 2014 gestartete Folgemission Hayabusa 2 wird das Probensammeln von Asteroiden weiterführen. Für das Jahr 2018 ist ein Rendezvous mit dem Asteroiden Ryugu geplant. Dabei soll die Sonde zunächst mit einer Tochtersonde einen frischen Einschlagskrater auf dem Asteroiden erzeugen, so dass auch tiefer liegendes Material aufgesammelt und untersucht werden kann.

Eine weitere Mission zur Probennahme ist die von der NASA geplante Sonde „OSIRIS-REx“. Ihr Start zum erdnahen Asteroiden Bennu ist für 2016 geplant, den die Sonde 2019 erreichen wird. Die Rückkehr zur Erde mit etwa 60 Gramm gesammeltem Asteroidenmaterial an Bord wird bis 2023 dauern.

Asteroid in Mond-Umlaufbahn

Die „Asteroid Redirect Mission“ der NASA sieht dagegen vor, in deutlich größerem Maßstab Asteroidengestein in Richtung Erde zu bringen: Anfang der 2020er Jahre soll eine Raumsonde einen geeigneten Felsklumpen von der Oberfläche eines Asteroiden aufsammeln, mitnehmen und in eine Umlaufbahn um den Mond bringen. Dort ist er dann in Reichweite einer bemannten Mission, die das Asteroidengestein noch genauer unter die Lupe nehmen kann und vielleicht auch Proben zur Erde bringen kann.

Die Vorgehensweise, zunächst nur einen kleinen Brocken einzusammeln, dient auch der Sicherheit: Falls etwas schief geht, kann der zurückgebrachte Felsblock keinen Schaden anrichten, selbst wenn er durch einen Fehler auf die Erde stürzen sollte. Denn der versehentliche Absturz eines Bergbau-Asteroiden wäre eine Katastrophe. Der Astronom Carl Sagan argumentierte aus diesem Grund dagegen, Möglichkeiten zum Umlenken von Asteroiden zu erforschen: Es sei zu leicht, diese Technologie als Waffe zu missbrauchen, anstatt die Erde vor Einschlägen zu schützen oder Rohstoffe zu gewinnen.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015

Die bisherigen Forschungsmissionen dienen zwar auch der Vorbereitung auf bemannte Missionen. Doch bis sich tatsächlich Menschen auf die Reise in Regionen fern der Erde und jenseits des Mondes machen können, wird es noch ein oder zwei Jahrzehnte dauern. Die NASA plant, frühestens in den 2030er Jahren Menschen zum Mars zu schicken. Die Sicherheit und langfristige Versorgung der Astronauten auf solchen Missionen sind bis jetzt noch nicht ausreichend gewährleistet.

Darum gelten bislang Sonden und Roboter als die besten Werkzeuge zum Asteroiden-Mining. Sie könnten Material direkt von der Oberfläche abtragen, was bei den metallischen Asteroiden einfach mit großen Magneten möglich wäre. Unter Staub und Geröll verborgenes Erz wäre mit passenden Bohrern erreichbar.

Eigenständige Roboter-Außenposten

Allerdings müssten diese Roboter technologisch so weit fortgeschritten sein, dass sie die Arbeit im industriellen Maßstab auch langfristig durchführen können. Die Einsätze von Forschungssonden sind normalerweise auf einen kurzen Zeitraum begrenzt, die Energieversorgung und Wartung spielen deshalb keine große Rolle. Minenroboter auf einem Asteroiden müssten dagegen selbständig regelrechte Bergbau-Außenposten im All aufrechterhalten, sich selbst oder gegenseitig reparieren und bestenfalls sogar aus gefördertem Metall weitere Arbeitskräfte bauen.

Doch zunächst müssten sie erst einmal zu einem passenden Asteroiden gelangen und dort landen. Und dies ist oft schwieriger, als man denkt: Nur die größten Brocken haben ausreichend Schwerkraft, um einen Lander an ihrer Oberfläche zu halten oder eine stabile Umlaufbahn zu ermöglichen. So konnte Hayabusa beispielsweise nicht um den Asteroiden Itokawa kreisen. Stattdessen musste die Sonde in dieselbe Umlaufbahn um die Sonne wie der Asteroid gebracht werden, um sich ihm nähern zu können.

Leichter Start dank niedriger Asteroiden-Schwerkraft

Die niedrige Schwerkraft hat jedoch auch gewaltige Vorteile: Haben Roboter erst einmal mit der Arbeit auf einem Asteroiden begonnen, ist der Abtransport des gewonnenen Materials leicht. Sofern das Gestein nicht gleich vor Ort aufgearbeitet und Metall daraus gewonnen wird, könnten geförderte Erze wie in raketengetriebenen Frachtzügen zur Erde, zum Mond oder zu anderen Außenposten oder Kolonien befördert werden.

Andere Vorschläge verzichten völlig auf den Transport in Raumfahrzeugen: Stattdessen könnten Erz und Metalle auch mit einer Art elektromagnetischem Katapult befördert werden. Darin wird die Fracht ähnlich wie bei einer Magnetschwebahn beschleunigt und gezielt ins All geschossen. Um sich nicht völlig auf richtiges Zielen zu verlassen, könnten die „Frachtpakete“ Steuerdüsen für spätere Kurskorrekturen erhalten. Auf der Erde machen vergleichsweise hohe Schwerkraft und die dichte Atmosphäre dieses Konzept unbrauchbar für Raketenstarts. Doch auf dem Mond oder einem größeren Asteroiden sind solche Einrichtungen vorstellbar.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015

Denkbar und auch technisch machbar sind das Einsammeln von Asteroiden-Gestein und der anschließende Rückflug zur Erde bereits, wie die verschiedenen Raumsonden zeigen. Doch die für OSIRIS-REx geplanten 60 Gramm Probenmaterial von einem Asteroiden zu holen, kostet rund eine Milliarde US-Dollar – Gewinn lässt sich damit noch nicht erzielen.

Für verschiedene Wirtschaftsunternehmen ist der Asteroidenbergbau dennoch alles andere als Zukunftsmusik. Firmen wie „Deep Space Industries“ und „Planetary Resources“ stehen bereits in den Startlöchern oder haben das Rennen um die wertvollen Brocken sogar bereits eröffnet. Sie haben zum Ziel, die Kosten des Asteroiden-Bergbaus durch technische Fortschritte so weit zu senken, dass der Abbau sich auch wirtschaftlich lohnt.

Satelliten aus dem 3D-Drucker

Dazu entwickeln die Unternehmen zum Beispiel Weltraumteleskope und Satelliten zum Aufspüren, Untersuchen und Vermessen geeigneter Asteroiden. Außerdem streben sie danach, Raumfahrzeuge so günstig wie möglich auch in größeren Mengen herstellen zu können. Dazu gehören unter anderem Bauteile aus dem 3D-Drucker, wie beim von Planetary Resources entwickelten Satellitenmodell Arkyd-300. Das steht in direktem Gegensatz zu typischen Forschungssonden, die in der Regel extrem teure Einzelanfertigungen sind.

An den Finanzen wird diese Zukunftsvision kaum scheitern: Zu den prominentesten Investoren von Planetary Resources zählen unter anderem die Google-Manager Larry Page und Eric Schmidt, Filmproduzent James Cameron und Virgin-Gründer Richard Branson.

Asteroidenbergbau ohne Gebietsansprüche

Auch rechtlich sind Asteroiden-Bergbauunternehmen abgesichert: Die US-Regierung hat erst vor kurzem den „SPACE Act 2015“ verabschiedet. Dieses Gesetz sichert Unternehmen und Privatpersonen in den USA zu, Ressourcen im Weltraum wie Asteroiden ausbeuten zu dürfen, und soll auch den Wettbewerb in diesem Bereich regulieren. Das klingt zunächst nach einem Widerspruch zum international weitgehend anerkannten Weltraumabkommen. Denn demzufolge kann keine Nation oder Person Anspruch auf Objekte jenseits der Erde erheben, weil solche Objekte „dem Wohl der gesamten Menschheit vorbehalten“ sind.

Der „SPACE Act“ genehmigt jedoch ausdrücklich keine Verstöße gegen sonstige internationale Abkommen und Verpflichtungen. Daraus geht hervor, dass Unternehmen zwar das Material der Asteroiden schürfen, nutzen und verkaufen dürfen. Sie können jedoch nicht einen ganzen Asteroiden zu ihrem Eigentum erklären oder Gebietsansprüche stellen.

Es gibt auch besorgte Stimmen, die aus wirtschaftlichen Gründen Einwände gegen den Abbau von Metallen jenseits der Erde erheben: Durch den extremen Metallreichtum der Asteroiden könnten vormals seltene Metalle wie Gold oder Platin plötzlich zu regelrechter Massenware werden. Wirtschaftlich könne sich das ähnlich auf die Märkte auswirken wie ein tatsächlicher Meteoriteneinschlag.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015

In der Science-Fiction spielen Asteroiden immer wieder eine wichtige Rolle, meistens jedoch als Bedrohung: In zahlreichen Szenarien in Buch und Film bedrohen sie die Erde durch Einschläge. Bemannte Missionen und Bergbau-Aktivitäten beschränken sich darin meist auf das Anbringen verschiedener Gegenmaßnahmen, etwa Atombomben, mit denen die Asteroiden noch im Anflug frühzeitig auseinander gerissen werden sollen.

Für fiktive Weltraumreisende sind dichte Asteroidengürtel zudem oft ein gefährliches Hindernis, durch das es ein Raumschiff sicher hindurch zu navigieren gilt, sei es in Filmen oder Computerspielen. Diese Darstellung ist allerdings nur selten realistisch: Trotz der großen Menge an Asteroiden in unserem Sonnensystem sind die Brocken selbst im Asteroidengürtel so weit verteilt, dass beim Durchqueren des Gürtels selten einer davon zu sehen ist. Die Raumsonden Rosetta und Dawn bekamen dort jeweils zwei Objekte vor ihre Kameralinsen – aber aufwändige Ausweichmanöver mussten sie eher fliegen, um die Asteroiden zu finden, nicht um einen Zusammenstoß zu vermeiden.

Idee ist älter als die bemannte Raumfahrt

Aber auch in der Science-Fiction sind Asteroiden keine reine Bedrohung der Menschheit. Die Idee vom Bergbau im Weltall taucht bereits in Erzählungen auf, die älter sind als die bemannte Raumfahrt. Bereits in der 1944 veröffentlichten Kurzgeschichte „Catch that Rabbit“ von Isaac Asimov nutzen die Menschen Roboter, um Rohstoffe von Asteroiden abzubauen. Wie hier ist der Asteroiden-Bergbau in vielen Geschichten ein Nebenelement der Handlung oder geradezu die Voraussetzung, dass die fernen Kolonien im Sonnensystem Baumaterial und Treibstoff erhalten können.

Die fiktive Version der Internationalen Raumstation ISS kreist im Roman „Amalthea“ von Neal Stephenson fest mit einem Asteroiden namens Amalthea verbunden um die Erde. Dies dient zunächst Forschungszwecken: Mit Robotern erkunden Wissenschaftler Möglichkeiten zur Rohstoffgewinnung aus dem metallischen Asteroiden. Im Verlauf der Geschichte leistet Amalthea jedoch auch einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Station und ihrer Bewohner vor kosmischer Strahlung und einem Hagel von Meteoriten.

Asteroiden-Bergbau im Computer

Im Multiplayer-Onlinespiel EVE bilden Asteroiden fast die alleinige Wirtschaftsgrundlage. Praktisch alle wichtigen Gegenstände im Spiel, vor allem Raumschiffe und Ausrüstungsgegenstände für die Schiffe, produzieren Spieler aus abgebauten Rohstoffen selbst. Die einzige Quelle für die nötigen Metalle sind Asteroiden. Allerdings ist der Abbau vergleichsweise einfach: Es genügt, einen erzhaltigen Asteroiden zu umkreisen und lange genug mit einem speziellen Laser zu beschießen. Die Schwierigkeit besteht im Spiel eher darin, schneller als die Konkurrenz lohnenswerte Asteroiden zu finden und zu identifizieren.

Näher an den NASA-Missionen orientiert sich dagegen die spielerische Raumfahrt-Simulation „Kerbal Space Program“. Dies ist jedoch nicht weiter verwunderlich, da die im Spiel auftauchenden Asteroiden in Zusammenarbeit mit der NASA ins Spiel eingefügt wurden. Diese Asteroiden lassen sich ähnlich wie in den geplanten NASA-Missionen einfangen und umlenken, aber auch mehr oder weniger kontrolliert auf dem Heimatplaneten landen oder zum Absturz bringen. Nach erfolgreichem Andocken lassen sich die Asteroiden auch anbohren, um neuen Raketentreibstoff zu gewinnen. So gelingt am Computer bereits spielerisch, was in der Realität unmöglich ist – jedenfalls bis jetzt.

Ansgar Kretschmer
Stand: 04.12.2015