Marskolonisation nach Pippi Langstrumpf
Musks Marspläne bringen mich auf mein heutiges Thema: die Marskolonisation. Soweit ich weiß ist er der Einzige, der das ernsthaft will. Die meisten anderen versuchen erst mal, eine Marsexpeedition zu stemmen. Ich will auch nicht auf den Sinn einer Marskolonisation eingehen. Sonst wäre der Blog relativ schnell erledigt. Die wurde bei Musk nach den Vorgaben der berühmten Weltraumpionierin Pippilotta Viktualia Rullgardina Krusmynta Efraimsdotter Långstrump[ erarbeitet gemäß ihrem berühmten Zitat: „Ich mach‘ mir die Welt Widdewidde wie sie mir gefällt ….“ erarbeitet.
Denn selbst bei 100.000 bis 200.000 Euro pro Ticket wird das nur für eine Minderheit erschwinglich sein, und man wird so die Probleme auf der Erde nicht lösen. Meiner Ansicht nach ist es besser anstatt 100.000 Euro dafür auszugeben, dass eine Person auf den Mars fliegt, 20 Frauen zu sterilisieren und diesen 5.000 Euro zu geben, dass sie keine weiteren Kinder mehr bekommen. Das ist für das Hauptproblem – es gibt zu viele Menschen auf der Erde – und das löst man nicht durch Auswandern, sondern durch Reduktion der Weltbevölkerung, dann reichen die Ressourcen auch für alle.
Perchlorate im Boden
Doch nehmen wir mal an, wir würden eine Marskolonisation betreiben. Welche Probleme und Herausforderungen gibt es. Ich will in diesem Blog mich auf ein Problem konzentrieren: die Landwirtschaft.
Eine Marskolonie muss natürlich auch ihre Nahrungsmittel selbst erzeugen. Da gibt es einiges zu tun. Fangen wir mit dem Boden an. Die Viking Lander und Phoenix zeigten, dass der Marsboden zahlreiche oxidierende Substanzen enthält. Beim Phoenix Landeort waren es 0,5 Gewichts-% Perchlorate im Boden. Das ist nicht wenig. Perchlorate sind oxidierende Substanzen. Sie reagieren mit organischen Substanzen und oxidieren diese und bilden dabei Chlorid. Aufgrund dieser Eigenschaft werden sie auch als Raketentreibstoff genutzt: 70% des Treibstoffs von Feststoffraketen bestehen aus Ammoniumperchlorat. Früher waren sie auch in WC-Reinigern anzutreffen. Perchlorate würde so schon die Samen schädigen, Wurzeln ebenfalls und natürlich könnte sich keine Bakterienfauna und Pilze entwickeln.
Das bedeutet, man müsste im großen Maßstab den Boden erst entgiften, wahlweise, indem man ihn stark erhitzt. Ammoniumperchlorat zersetzt sich bei 200°, Kaliumperchlorat aber erst bei 525 °C. Das dabei freiwerdende Chlor kann man dann verwenden, um Chlorierte Kohlenwasserstoffe oder Salzsäure zu erzeugen. Das ist natürlich energieintensiv, vor allem wenn man bedenkt, um welche Flächen es hier geht. Noch fehlt eine Erforschung des Untergrundes, d.h., findet man Perchlorate nur in den obersten Zentimetern des Bodens oder auch in großer Tiefe? Beim Letzten müsste man sehr viel entgiften, weil Perchlorate wasserlöslich sind und so mit dem Wasser auch von tieferen Schichten nach oben gelangen.
Nacktes Gestein, anstatt Erde
Hat man so den Boden für die Marskolonisation vorbereitet, dann kommt die zweite Herausforderung: Es ist „nativer“ Boden. Sprich es ist Gestein, zerkleinert durch Wind und thermische Spannungen. Boden, den wir nutzen, enthält zahlreiche organische Stoffe, den Humus, er ist auch deutlich Feiner und enthält Lehm und Ton, also durch Wasser und Säuren zerkleinertes Gestein. Vor allem enthält er zahlreiche Mikroorganismen. Man weiß, dass viele Pflanzen ohne Pilze im Boden nicht gut wachsen, viele sogar ganz von den Pilzen abhängig sind, so z.B. die meisten Laubgehölze. Marsboden entspricht nach der Reinigung vielleicht dem von frischer Lava, selbst Sand aus der Sahara enthält immerhin einige Mikroorganismen, die besonders resistent sind wie z.B. Pilzsporen. Trotzdem kommen nur wenige auf die Idee, auf Sand Pflanzen anzubauen.
In jedem Falle fehlen für die Marskolonisation Stickstoffverbindungen, also Nitrate. Die Atmosphäre enthält auch zu wenig Stickstoff, dass Stickstoff fixierende Bakterien diesen den Pflanzen zur Verfügung stehen können. Es müssen also Düngemittel synthetisiert werden.
Wahrscheinlich wird man so vorgehen, dass man zuerst auf einer Fläche anspruchslose Pflanzen anbaut, deren Biomasse kompostiert (das kann auch ohne Boden durch Algen geschehen, die man in Bottichen aufzieht – dann hat man das Problem der Entgiftung der Boden nicht) und diesen Kompost unter den Boden mischt. Die Oxidation des Kompostes kann dann die Peroxide abbauen und nach und nach erhält man einen größeren Teil an organischen Substanzen im Boden. Die Pflanzenwurzeln der ersten Pflanzen zersetzen mit ausgeschiedenen Säuren dann auch die Körner etwas. Nach einigen Durchgängen hätte man dann eine Erde, die auch anspruchsvollere Pflanzen aufnehmen kann.
Die Atmosphäre
Der Boden alleine reicht für die Landwirtschaft nicht. Pflanzen brauchen auch eine Atmosphäre, um zu wachsen. Die heutige Marsatmosphäre hat eine Dichte, die maximal dem in 30 km Höhe auf der Erde entspricht. Die dünne Atmosphäre ist nicht nur ein Hindernis für die Marskolonisation, sondern auch für die Pflanzen.
Pflanzen brauchen zwei Gase: Kohlendioxid für die Photosynthese und Sauerstoff für die Atmung. Für Stickstoff fixierende Bakterien wäre auch Stickstoff wichtig. Wie viel, das müsste man bestimmen. Bei uns wachsen Pflanzen nur bis zu einer bestimmten Höhe über dem Meeresspiegel, doch das ist bedingt durch die in der Höhe sinkenden Temperaturen bedingt. Macht man einen Blick in die Erdgeschichte, so begannen die Pflanzen im Silur an Land zu gehen, als die Atmosphäre schon einen Sauerstoffgehalt von 10% hatte. Der Kohlendioxidgehalt von 5-8% war damals ebenfalls höher, aber da wird man sicher den heutigen Gehalt ansetzen können. 10% Sauerstoffgehalt bei einem Bar Druck das ist auch das, was man erreichen muss, damit Arbeiter dort ohne Raumanzug arbeiten können. Die ganze Fläche wird überglast sein müssen, das wird auch aus anderen Gründen notwendig sein. Das Grundproblem ist es, erst einmal für eine große Fläche so viel Sauerstoff zu erzeugen.
Wenn das Glasdach bei 2,5 m Höhe ist, braucht man für 100 m² Fläche und einem Sauerstoffpartialdruck von 10 kpa rund 36 kg Sauerstoff, denn man aus der Marsatmosphäre oder Wasser gewinnen muss. Die Marsatmosphäre hat einen Kohlendioxidgehalt der rund 0,6 kPa entspricht. Das wäre bei dieser Atmosphäre ein Kohlendioxidgehalt von 6% oder 3% wenn die Atmosphäre so dicht, wie unsere ist. Das wäre schon oberhalb der Konzentration, die heute bei einem Arbeitsplatz zulässig ist (0,5%). Diese Konzentration würde man anstreben auch um das Pflanzenwachstum anzukurbeln. Man braucht aber neben dem Sauerstoff noch Stickstoff, sonst wäre die Brandgefahr zu hoch. Bei Skylab enthielt die Atmosphäre 28 % Stickstoff, bei reduziertem Druck (280 Hpa). Man müsste daher die Marsatmosphäre trennen, da Stickstoff nur ein Spurengas in der Atmosphäre ist. Das ist ein ziemlich Aufwand.
Den Sauerstoff erhält man, wenn man aus Wasser und Kohlendioxid in dem Bosch-Prozess Graphit erzeugt, denn man wiederum für die Eisenverhütung braucht. Für die Marskolonisation wird man auch Rohtsoffe vor Ort erzeugen müssen. Dazu in einem weiteren Beitrag über die Marskolonisation mehr.
Schutz vor Strahlung
Die Marsatmosphäre enthält keinen Sauerstoff und ist zu wenig dicht um eine Ozonschicht zu bilden. Schon alleine deswegen muss die ganze Fläche verglast werden wie bei einem Treibhaus, nur hermetisch abgeschottet. Damit man bei Beschädigungen nicht um das Leben der Arbeiter fürchten muss, wird man wohl kleinere Parzellen jeweils hermetisch abschotten und mit Türen versehen, die man schnell luftdicht verschließen kann.
Normales Glas lässt keine UV-Strahlung passieren. Damit kann man die Ozonschicht ersetzen, allerdings werden die Arbeiter auch nicht braun beim Arbeiten. Sicherheitsglas, das wünschenswert wäre, um Mikrometeoriten abzufangen, blockiert durch die Kunststofffolie leider auch einen Teil des blauen Lichts und eignet sich auch auf der Erde nicht für Gewächshäuser.
Leider hat der Mars auch kein Magnetfeld und um die gesamten Partikel abzuschirmen, braucht man dann doch eine deutlich höhere Glasschicht. Wenn Glas genauso gut wie Aluminium Strahlung absorbiert, so braucht man etwa 1 cm dickes Glas um einen Wert zu erreichen, der langfristig erträglich ist. Bei Sonnenstürmen müsste man trotzdem die Arbeit einstellen und einen Schutzraum aufsuchen.
Die Marskolonisation wird in jedem Falle unter abgeschotteten Habitaten erfolgen. Selbst wenn die Pflanzen mehr Sauerstoff produzieren als die Kolonie verbraucht und man die Rückstände am Verrotten hindert, so braucht man Jahrmillionen bis man eine atembare Luft erzeugt hat. Man muss sich nur klarmachen, dass dieser Prozess selbst nachdem es Landpflanzen gab auf der erde über 50 Millionen Jahre dauerte.
Die Temperaturen
Das Hauptproblem ist, das der Mars viel weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde. Die Erde hat eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn zwischen 147,6 und 151,5 Millionen km Entfernung. Der Mars eine stärker elliptischere mit Extremwerten von 206 und 249 Millionen km Entfernung. Die Umrechnung der Strahlungsleistung ist durch die Neigung der Erdachsen daher nicht einfach, aber es gibt einen Vergleich:
Die Strahlung, die am Marsäquator ankommt, entspricht je nach Distanz der die bei der Tag- und Nachtgleiche auf der erde beim 59 Breitengrad (höchste Annäherung) bis 69 Breitengrad (größte Sonnenferne) ankommt. Schaut man sich auf einer Weltkarte um, so liegen zwischen dem 60 bis 70 Breitengrad Alaska, Island, die nördlichen Teile von Norwegen und Schweden und Finnland. Die letzten drei Länder sind allerdings aufgrund des Lorenzstroms und des warmen Wassers, das er bringt nicht repräsentativ. In Alaska und Island kann man nur Weidewirtschaft durchführen. Nahrungspflanzen wachsen dort nicht.
Dabei gilt dieser Vergleich nur, wenn die Erdachse senkrecht zur Bahn steht, wie beim Marsäquator (woanders wird man nicht siedeln wollen) das ist bei uns rund um den 21.3 und 23.9 der Fall und zu dieser Zeit findet auch bei uns in südlicheren Breiten kein weiteres Wachstum mehr statt. Das geht einher mit der Beobachtung das beim Marsäquator je nach Jahreszeit die Höchsttemperaturen bei 0 bis 20° Celsius liegen. Das entspricht auch den Höchsttemperaturen in diesen Ländern. 0 Grad bei rund 70“ Breite, 20 Grad bei 60 Gad Breite.
Vergleich mit der Erde
Auf Island betreibt man heute das Züchten von Obst mit Heizung (geothermische Energie) unter Glas. Doch beim Mars gibt es keine Geothermie. Die Wärme wird man künstlich über einen Reaktor erzeugen können. Trotzdem wird der Mars nie eine zweite Erde sein, denn der Anbau geschieht auch in diesen Ländern im Sommer, wenn man mehr Licht hat, weil die Erdachse zur Sonne zeigt, die Sonne also deutlich höher steht und die Tage länger sind. Das heißt, die Bedingungen sind dann deutlich besser. Bei uns erreicht man im Sommer z.B. 50% mehr Sonneneinstrahlung als beim Marsäquator am Sommer. Durch die elliptischere Bahn sind beim Mars die Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter extremer, bei uns entstehen die Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter nur durch die Neigung der Erdachse, doch beim Mars schwankt auch die Sonneneinstrahlung um 50% aufgrund der Umlaufbahn.
Dazu kommt, dass ein Marsjahr länger ist. Man wird nur den Sommer nützen können, dieser ist immerhin mit 178 Sols (ein Sol = 24 Stunden 37 Minuten) deutlich länger als unser Sommer. Das gleicht in gewisser Weise die geringere Strahlung aus. Doch dann folgen 512 Sols in denen keine Landwirtschaft möglich ist. Das bedeutet, man wird sehr viel Vorratswirtschaft betreiben müssen und große Flächen brauchen.
Klappt die Marskolonisation?
Wenn die Leute nicht nur von relativ genügsamen Pflanzen wie Kartoffeln, Hafer und Roggen leben wollen, so steigen die Ansprüche noch. Verschiedene Angaben über den Flächenbedarf pro Person für die Versorgung von Nahrungsmitteln schwanken je Land zwischen 800 und 4000 m², am oben Ende liegen die USA. Europa liegt mit 2000 bis 2700 m² je nach Land in der Mitte. So effizient wird es aber auf dem Mars auch bei Heizung nicht sein. Dafür gibt es zu wenig Sonne und ein Jahr dauert doppelt so lange. Man wird sicherlich eine landwirtschaftliche Fläche von rund 8000 m² brauchen, um eine Person zu versorgen. Diese Fläche könnte man bei alleiniger vegetarischer Ernährung auf ein Drittel verkleinern (nur 15% der Weltproduktion an verzehrbraren Pflanzen sind Nahrungsmittel, 58% sind Futtermittel).
Trotzdem ist Landwirtschaft, wenn überhaupt nur am Äquator möglich. Wie schon geschrieben: Im Sommer bekommt der Mars am Äquator so viel Sonne wie bei 59 Grad nördlicher Breite zur Tag- und Nachtgleiche bei uns und das ist am 21.3 und 23.9 der Fall. Beim ersten Termin kann man auf der Erde noch nichts ernten, weil vorher der Winter war, beim zweiten Termin kann man ernten, aber nur weil es vorher den Sommer über erheblich wärmer wahr und mehr Licht gab. Nachwachsen tut Ende September nichts mehr. Unklar ist, ob unsere Pflanzen überhaupt an die Marsbedingungen anpassbar sind, mit weniger Sonnenschein, viel längeren Jahreszeiten. Die nötigen Temperaturen könnte man noch durch Beheizung erreichen z.B., indem man neben jedes Feld ein gleich großes Stück mit doppelwandiger schwarzer Folie verkleidet und durch dieses Wasser zirkulieren lässt, das so erwärmt wird. Dies kann dann am bebauten Grundstück seine Wärme wieder abgeben.
Algen anstatt Brot
Wahrscheinlich ist alleine wegen des hohen Aufwands – man müsste enorme Flächen mit Glas bedecken die Marskolonie keine Landwirtschaft in unserem Sinn betrieben, sondern Algen züchten. Die kann man in relativ kleinen geschlossenen Systemen züchten. Nährsalze zugeben. Man braucht weniger Fläche, Algen wachsen auch in kaltem Wasser und hohen Breiten und sie wachsen schnell. Nur ist das sicher nicht die Marskolonie die Musk vorschwebt. Für 200.000 Euro will man sicher mehr Komfort: Nach Shotwells Aussage muss der Lebensstandard dort sehr hoch sein:
A version of that system would also eventually be used at Mars, she added. “If you send a million people to Mars, you better provide some way for them to communicate,” she said. “I don’t think the people who go to Mars are going to be satisfied with some terrible, old-fashioned radios. They’ll want their iPhones or Androids on Mars.”
Dies zur Frage nach der Satellitenkonstellation von SpassX (eine anderes Vaporprojekt). Wenn man solche Ansprüche an Komfort hat, wird man sicher nicht jeden Tag Algensalat oder Algenpulver essen wollen… Doch die richtig Reichen werden sicher auch nicht alleine reisen. Sondern noch etliche Angestellte für die Auswanderung auf den Mars bezahle. Die wollen sicher nicht auf dem Mars arbeiten und Beete jäten ….
In einem weiteren Beitrag über die Marskolonisation werde ich mich mit den Rohstoffen und der Industrie beschäftigen.
Um es mit Australien zu vergleichen…
Die dortigen Bedingungen sind wesentlich besser als auf dem Mars,
trotzdem konnten über 200 Jahre Besiedelung Australien auch nicht viel
fruchtbarer machen, als es vorher war. Eher schon schlechter.
Deshalb ist die Besiedelung des Mars auch nach Pippi Langstrumpf eher eine
nicht lösbare Aufgabe.
Die ersten Besiedler werden eher nur Jahre statt Jahrzehnte dort leben.
(Spätestens wenn sich keiner mehr interessiert, wird keiner mehr Geld in das Projekt
stecken, egal ob Menschen auf dem Mars sind oder nicht!)
Falls es danach eine zweite Besiedelung geben wird, dann werden medizinische Probleme
nach ca. zehn Jahren auftauchen: Halbe Schwerkraft, Strahlungsdosis, fehlende Mineral-
stoffe etc..
Eine hundert Jahre dauernde Besiedelung: Fortpflanzung des Menschen/Tiere Genetische
Mutationen durch Strahlung und Umweltbedingungen, Recycling, Verlust von Rohstoffen,
Verschleiß von Technik ohne Zufuhr von außen etc..
Für immer: Energieerzeugung, globale Beeinflußung zur Bewirtschaftung, endgültige
Lösung von Recycling, Rohstoffen und Verschleiß…
Je länger das ganze dauern soll, desto mehr Science Fiction!
Meint Ralf mit Z
Selbst die Antarktis ist leichter zu besiedeln als der Mars. In den Temperaturen vergleichbar, aber mit echter Atmosphäre ….. Warum besiedelt eigentlich keiner die Antarktis?
Hallo Bernd:
blauäugige Antwort: Weil die Staaten einen Antarkis-Pakt geschlossen haben, der die
Antarktis vor Ausbeutung schützt.
Reale Antwort 1: Der Energieaufwand für Heizung, Gewächshaus etc ist zu groß.
(obwohl es ein „Atomkraftwerk“ von den USA gegeben haben soll)
Reale Antwort 2: Man wartet bis die globale Erwärmung das Land freilegt, damit man dann
die zugänglichen Rohstoffe ausbeuten kann.
Meine Meinung: Mit der Technologie, die man für den Mars benötigen würde, könnte man
die Umwelt auf der Erde dreimal retten, schützen und wiederherstellen!
Frauen sterilisieren ist ja wohl mal ne Schnapsidee, Bildung ist erwiesenermassen sehr wirksam und hat zusätzliche Vorteile.
In den Industrienationen ist die Anzahl Kinder pro Frau sowieso schon unter 2, bei anderen Ländern: Bildung.
1 cm Glas reichen übrigens überhaupt nicht als Abschirmung, man rechnet eher mit 1m Boden (die komische Strahlung macht ca. 50% des Problems aus, ist die Schicht zu dünn kommt es zu Sekundärstrahlung die schädlicher als die Primäre ist).
Die Temperatur ist nicht wirklich problematisch mit Gewächshäusern, je nach dem was man anbauen will jedoch der Mangel an UV-Licht, wodurch keine Sterilisation von Schadkeimen stattfindet. Besser wäre ein Aufbau mit fluorierten Folien (https://de.wikipedia.org/wiki/Eden_Project )
Weniger Licht verlängert primär die Reifezeit, Bananen die in Island gezüchtet wurden brauchten 2 Jahre um Reif zu werden.
Und die relativ Schwache Einstrahlung beim Mars sollte nicht so tragisch sein, viele Pflanzen brauchen gar nicht so intensives Sonnenlicht bzw. gehen in Sättigung (https://www.lernhelfer.de/sites/default/files/lexicon/image/BWS-BIO2-0096-04.gif).
Die Erdatmosphäre filtert zudem auch noch ca. 25% weg (ohne Wolken).
Bestäuber und Schädlinge sind aber auch noch eher ungelöste Probleme.
(siehe Biosphere II)
Grundsätzlich ist es aber eine Blöde Idee zu meinen der Mars sei eine gute Alternative zur Erde.
Da geh ich lieber auf die Venus (bischen Sonne blocken und dann wirds da auch kühler ;))
Im Übrigen haben nur noch Zentralafrika und Pakistan ein Riesenproblem in sachen Bevölkerungswachstum.
Und bei erstem afaik. weil viele Gegenden wirtschaftlich und technolgisch noch extremst unterentwickelt sind.
Das wäre lösbar, wenn nicht ausgerechnet diese Gegend in den kommenden Jahrzehnten besonders stark vom Klimawandel betroffen wäre.
Aber zurück zum Mars:
Ist im Köpfen vieler einfach eien potentielle zweite Erde, was aber vollkommener Unfug ist.
@Venus Terraforming: Das wird ja bei Kim Stanley Robinson ja besonders lustig beschrieben.^^
Aber oft denke ich mir, das Gerald K. O’Neill mit seinen Ideen vielleicht nicht doch recht hatte….
Um es mal auf den Punkt zu bringen: Musks Marspläne gehen davon aus, daß auf dem Mars eine funktionierende Infrastruktur existiert. Die gibt es aber nicht, und es wird nichts getan um wenigstens die wissenschaftlichen und technischen Voraussetzungen dafür zu schaffen. Von einem wirklichen Aufbau ganz zuschweigen. Also durch nichts tun zum Mars. Wer glaubt noch an den Weihnachtsmann?
Die Überbevölkerung hat eine einfache Ursache: Die fehlenden Sozialsysterme in den Entwicklungsländern. Kinder sind dort eine Art Lebensversicherung, wer keine hat muß im Alter verhungern. Also ein recht starker Zwang, möglichst viel Kinder zu haben.
@Elendsoft. Ja wobei heute dank dem bisschen moderne Medizin deutlich mehr davon überleben als früher => Bevölkerungswachstum. Wenn mans schon genau nehmen will.
1. Perclorate lassen sich ausschwemmen. Kein erhitzen notwendig. Das hast du ja selbst angedeutet („sind Wasserlöslich“) aber sofort wieder ignoriert.
2. Zumindest ein Injizieren mit einer geeigneten Bakterienmischung ist jetzt wirklich keine Kunst (diese herauszufinden da schon eher). Das Buch ‚der Marsianer‘ hat das schon recht gut dargestellt.
3. „10% Sauerstoffgehalt bei einem Bar Druck das ist auch das, was man erreichen muss, damit Arbeiter dort ohne Raumanzug arbeiten können. Die ganze Fläche wird überglast sein müssen, das wird auch aus anderen Gründen notwendig sein. Das Grundproblem ist es, erst einmal für eine große Fläche so viel Sauerstoff zu erzeugen“
-Nein, ist es nicht. Mit einer einfachen Sauerstoffmaske kann der geneigte Kolonist auch bei geringerem Sauerstoffgehalt und niedrigeren Druck arbeiten.
-ein einfaches Glasdach wird da nicht reichen. Selbst bei 0,2 Bar Innendruck würde man wohl kein Glas verwenden.
Ordentliche UV beständige Kunststoffe wären da geeigneter – aber die Meisten gehen zu recht eh davon aus, dass die Pflanzen unter künstlichem Licht wachsen werden: Die Sonne hat in dieser Entfernung schon ordentlich Leuchtkraft verloren, man kann die Wellenlängen an die Bedürfnisse der Pflanzen anpassen und LEDs wiegen jetzt ja wirklich nicht besonders viel.
– Sauerstoff ist bei vorhandenem Wasser (und einer LOX/Methan Produktionsanlage) nun wirklich nicht das Problem – zumal es auch gar nicht zwingend (in hohen Konzentrationen) notwendig ist.
„so braucht man etwa 1 cm dickes Glas um einen Wert zu erreichen, der langfristig erträglich ist.“ Ein Gewächshaus soll ja auch kein Wohnmodul sein.
„Die Strahlung, die am Marsäquator ankommt, entspricht je nach Distanz der die bei der Tag- und Nachtgleiche auf der erde beim 59 Breitengrad (höchste Annäherung) bis 69 Breitengrad (größte Sonnenferne) ankommt. Schaut man sich auf einer Weltkarte um, so liegen zwischen dem 60 bis 70 Breitengrad Alaska, Island, die nördlichen Teile von Norwegen und Schweden und Finnland. Die letzten drei Länder sind allerdings aufgrund des Lorenzstroms und des warmen Wassers, das er bringt nicht repräsentativ. In Alaska und Island kann man nur Weidewirtschaft durchführen. Nahrungspflanzen wachsen dort nicht.“
Der Golfstrom bringt wärme, aber keine Photonen.
Da die Nahrungserzeugung eh in einem geregelten Gewächshaus mit definierter Temperatur statt findet ist der Vergleich komplett hinfällig.
Noch einmal mehr, wenn man die Pflanzen unter künstlicher Beleuchtung aufzieht.
(da ist der ~50%ige Effektivitätsverlust von PV Modulen schon viel gravierender.)
Und wenn man auf die Temperatur eines Planeten hinaus will muss man sich IMMER auch die Atmosphäre und insb die Treibhausgase anschauen und nicht nur den Strahlungseingang.
ps: wieso hab ich nur das Gefühl dass du hier die Gründung einer Kolonie samt dem Anbau von ein paar Lebensmitteln mit dem Mars umspannenden Terraforming in einen Topf wirfst?
So nun gehe ich mal auf die Argumente ein
Glasdicke: die habe ich aus der bekannten Abschirmleistung von Aluminium und der mit MARIE gemessenen Strahlung abgeleitet. Der !:1 Dickenverglich mag nicht stimmen, aber die Größenordnung. Meter voll Boden braucht man für extreme Sonnenstürme, doch ddaurauf bin ich schon mit dem Bunker eingagngen. Unter meterdickem Boden würde auch nichts mehr wachsen.
Wenn man Perchlorat mit Wasser auswäscht hat man es im Wasser und davon hat man auf dem Mars auch nicht viel. Auch damit muss man haushalten. Das ganze verlagert also nur das Problem.
Der Golfstrom liefert keine Photonen aber Wärme und die braucht man genauso wie Sonneneinstrahlung. Ich habe ja auch Alaska mit demselben Breitengrad erwähnt und dort klappts auch nicht mit Treibhäusern. Island kann wenigstens Geothermie zusätzlich nutzen.
Die Beleuchtung mit LED ist eine noch größere Schnapsidee. LED brauchen Strom und haben rund 20% Wirkungsgrad. Solarzellen ebenfalls 20%. Anstatt also das Licht direkt zu nutzen wandelt man es zuerst in strom und dann wieder in Licht und verliert so (1-0,2²) = 96% der Energie. Dann braucht man keine 8000 m² Fläche sondern nur noch 400.0000 m² Solarzellen. Ein echter Fortschritt.
Zu den Bakterien: Ich kenne keinen versuch bei dem man mit einer Gesteinsmischung ähnlich dem Marsboden und Bakterien Humus hin bekommen hat. In Büchern steht viel, vor allem in Romanen.
Und ja ich gehe davon aus, das man Musks Konzept so umsetzt wie er es meint. Das ist eine Marskolonie. In der Kolonie wollen die Leute aber nicht nur den ganzen Tag in Häusern setzen sondern sie wollen auch mal rausgehen und da sollte zumindest die landwirtschaftliche Fläche begehbar sein.
Dabei habe ich von den auf dem Mars funktionierenden iPhones ja noch nicht mal angefangen ….
@Sensei
Wenn man Bakterien benutzt um Marsstaub zum Humus zu machen gibt es ein Problem:
Man kann dann vergessen, zu erforschen ob es Leben auf dem Mars gibt/gab!
Marsleben bzw. Reste davon reagieren auf Terrane Lebensformen extrem!
Die Forschung danach ist dann völlig sinnlos!
@Ralf: Elon Musk kümmert sich nicht viel um PP oder dem möglichen ursprünglichen Leben auf dem Mars (was ich für falsch halte und von der NASA ect so auch nicht mitgetragen werden wird)
Ein Anbau in untermarsianischen Gewächshäusern kontaminiert nicht gleich den ganzen Mars. Wie gerade den skeptikern klar sein sollte ist der Mars nicht gerade sonderlich lebensfreundlich.
Selbst sweetspots sind immer noch harrsch und da müssen die (Boden)Bakterien erst einmal hinkommen. Außerdem ist es ein großer Unterschied ob Bakterien auf den Marsboden eine weile überleben oder ob sie sich dort vermehren und ausbreiten können.
Andere Bakterien sind auch viel kritischer was die Kontamination angeht: und spätestens wenn Menschen landen wird es sich nicht verhindern lassen dass wir Bakterien zum Mars bringen.
Des weiteren wird eh vermutet dass sich, wenn es Leben gibt, es sich in den Untergrund zurückgezogen hat. Und da gibt es mit sicherheit recht abgelegene Pfleckchen im untergrund wo es selbst bei einer Ausbreitung von Bakterien auf dem Mars sehr lange bis zu einer Kontamination dauert (Aquifer/Seen unterhalb von Eis- oder festen Gesteinsschichten.. ect)
@BL: Da hatte ich den wichtigsten punkt doch glatt vergessen: eine Arbeit die das Wachstum von Pflanzen direkt auf simulierten Mars und Mondboden testet. Und die Ergebnisse sehen erstaunlich vielversprechend aus.
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0103138
Musks Märchen-Vision ist vor allem im Bezug auf seine „Zeitplanung“ der vielleicht beste Münchhausenbeitrag des Jahres…trotzdem glaub ich das eine funktionierende Landwirtschaft durchaus umsetzbar wäre.
Ein geschlossenes, vom Marsboden unabhängiges Aquaponic- System wäre hier die Karte, auf die ich setzen würde. Hierbei werden sehr genügsame Fische ( Tilapia, afrikanischer Wels) in Kleinen Wassertanks gezüchtet. Die Ausscheidungen der Fische werden nun in einen Bioreaktor in das wertvolle Nitrit umgewandelt, spezielle, dem Planzensubstrat ( Bläton, Poröser Marsstein?) beigefügte Mikroorganismen lassen darüber hinaus zahlreiche weitere wichtige Nährstoffe entstehen. Hier auf der Erde kann man so ein fast unabhängiges System anbauen. Einzig Kalk zur PH- Regulation und Eisen muss zugefügt werden. Pflanzenanbau basiert auf einer Permakultursystematik.
Fischfütterung: auch schon praktiziert…..nimmt man die Ausscheidungen der Menschen, Klärreste und Bioabfälle nun zur Aufzucht von Soldatenfliegenlarven, so,lassen sich damit gemeinsam mit Wasserlinsen die Fische zu 100% systemintern ernähren. Zudem fällt regelmäßig bester Humus ab, der weiter verwendet werden kann.
Gewächshaus: Angebaut wird in einem mit LEDs dauerbeleuchteten Gewächshaus. Die aktuelle LED Generation bei gewächshauslampen hat übrigens einen Wirkungsgrad von bereits 30%, denkbar sind durchaus 50-60% Innerhalb der nächsten 15 Jahre. Bei einem gut eingestellten Aquaponic liegt so,der Flächenertrag 10-12x höher als im konventionellen Anbau.
Energie: Solarzellen haben keinen Wärmeüberschuss und zuwenig Energie, also,brauch es was anderes. Meine Wette wäre hier ein kleiner Atomreaktor der 4. Generation. D.h. en Kompakter Flüssigsalzreaktor (MSR) auf Thoriumbasis. Internet hilft hier weiter ;-). An dem wird seit einiger Zeit intensiv geforscht, vor 2030 werden wir aber nicht wissen, ob die theor tischen Komzepte so,umgesetzt werden können. Falls ja, einen 50MW Reaktor dürfte man mit nur einer Rakete rüberschicken können.
> Marsleben bzw. Reste davon reagieren auf Terrane Lebensformen extrem!
Solange kein Marsleben gefunden wurde, ist das reine Spekulation.
> Die Forschung danach ist dann völlig sinnlos!
Nicht unbedingt. Marsleben dürfte wohl kaum über irdische Gene verfügen. Es wäre warscheinlich leicht von eingeschleppten Lebensformen zu unterscheiden.
http://www.golem.de/news/spacex-elon-musk-beantwortet-fragen-zu-seinem-marsraumschiff-1610-123990.html
Und die Reddit Q&A, auf die sich der Artikel bezieht:
Meine Fragen bzw Senf:
– Sind die Zahlen zur G Belastung im Golem Artikel realistisch?
– „Actually, I think the F9 boosters could be used almost indefinitely, so long as there is scheduled maintenance and careful inspections.“ Ähh….. ist klar.
– Kohlefasertanks: Könnten durch Stahl ersetzt werden, wenn das mit der Beschichtung gegen Sauerstoffverbrennung nicht klappt….. äh…..da würde aber die Nutzlastkaspazität aber ordentlich plumpsen. (Hieß es nicht ursprünglich sie wären endlich genug ausgereift? )
(Genaues Zitat: It used to be developing a new metal alloy that is extremely resistant to oxidation for the hot oxygen-rich turbopump, which is operating at insane pressure to feed a 300 bar main chamber. Anything that can burn, will burn. We seem to have that under control, as the Raptor turbopump didn’t show erosion in the test firings, but there is still room for optimization.
Biggest question right now is sealing the carbon fiber tanks against cryo propellant with hot autogenous pressurization. The oxygen tank also has an oxidation risk problem as it is pressurized with pure, hot oxygen. Will almost certainly need to apply an inert layer of some kind. Hopefully, something that can be sprayed. If need be, will use thin sheets of invar welded together on the inside.)
Nun ja mit CFK-Tanks experimentiert nicht nur SpaceX. Boeing/NASA haben derzeit ein Gemeinschaftsprojekt für einen CFK-Tank für die SLS-Oberstufe am Laufen, dort allerdings für LH2 wo die Gewichtsersparnis deutlich ist. Bei LOx/Kerosin machen die Tanks eigentlich nicht so viel beim Gewicht aus, als das sich Einsparungen groß lohnen. Moderne Tanks wiegen weniger als 1% des Inhalts. Da ist dort das einsparpotential übersehbar.
Hallo Marsfreunde:
Gestern habe ich bei einer Wissenschaftssendungen eine Aussage gehört, die sinngemäß
lautet:
In ca. 50 Jahren wird die Weltbevölkerung wieder abnehmen und damit die Umweltbelastung
und Rohstoffverbrauch wieder abnehmen. Dann brauchen wir keine „Auswanderung zum Mars“.
Na ja, ich halte dies für diskussionswürdig, denn meiner Meinung nach sind viele Rohstoffe in 50 Jahre sehr begrenzt, so dass auch eine reduzierte Bevölkerungszahl dieselben Probleme haben wir wir jetzt!
Hallo Bernd
Guter Artikel aber leider hat sich da ein Fehler eingeschlichen.
In Alaska gibt es durchaus kommerziellen Gemüseanbau ausserhalb von Gewächshäusern , sogar bis weit in den Norden hinein:
http://www.ebbessonfarms.com/
(in der Nähe von Fairbanks auf ca. 64 Grad)
Bitte im Text berichtigen dann ist er perfekt!
Kannst Du bitte (wenn Du Zeit hast) noch Artikel zu folgenden Themen schreiben:
1.Wird die Falcon9 jemals für den Mannschafts-Transport eingesetzt werden dürfen?
2.Wird die Falcon Heavy jemals fliegen oder ist das reine Vaporware?
3.Wird Elon Musk es wenigstens schaffen einen unbemannten Lander auf dem Mars zu landen oder wird er selbst daran scheitern?
4.Wie will Musk den ganzen Laden finanzieren ohne Steuergelder?
5.Glaubst Du, Musk bekommt wenigstens seine bemannte Dragon V2 irgendwann fertig oder wird die auch floppen?
Ok, wäre cool wenn Du das mal in deine Artikel einbaust oder mal so kurz beantworten könntest, würde ich spannend finden wie Du so in etwa die obigen Punkte bewertest als Raumfahrt – Experte.
Danke schon mal im vorraus!
Also ich wohne in Norwegen in der Nähe von Oslo. Man muss noch bedenken, dass im Sommer in Sonne viel länger scheint als 12 h. Pflanzen bekommen so aber viel mehr Energie über eine längere Zeit, als es z.B. Am Marsäquator ist. Die Energie pro Fläche ist zwar die selbe, aber man bekommt davon nur 12.35h pro Tag.
Ich sehe die Kolonisation ohne Nuklearreaktor eh pessimistisch. Mit der Abwärme kann die Gewächshäuser heizen, und so wachsen die Pflanzen auch mit weniger Licht. Meine Erfahrung nach die Wärme fast wichtiger als viel Licht. Man kann zusätzlich auch Scheinwerfer installieren, um mehr heraus zu holen.
Untersuchungen zur effektiven Produktion von Lebensmitteln außerhalb der Erde gibt es eine ganze Menge. Niemand hat dort vor, auf dem Mars Felder anzulegen. Paper dazu:
https://www.academia.edu/2194711/Bio-Regenerative_Life_Support_System_Development_for_Lunar_Mars_Habitats
http://www.agrospaceconference.it/wp-content/uploads/2016/06/Furfaro-Mars-Lunar-Greenhouse-M-LGH-at-the-University-of-Arizona-Status-and-Path-Forward.pdf
Die Gruppe an der University of Arizona arbeitet mit SpaceX zusammen. Sollte es mit der SpaceX-Marskolonie jemals etwas werden, würde die Produktion von Lebensmitteln so ähnlich aussehen.
Und statt 2000 m²/Person kommt man auch mit 12.6m² hin. Siehe http://phobosorbust.blogspot.de/2015/12/menu-planner-update-now-with-peanuts.html
Das erste Turmgewächshaus das ich kenne entstand in den 60igern an der FH Hannover und wurde vor 30 Jahren schon wieder abgerissen. Ähnlich geht es mit den ganzen Hydroponic-System: Theoretisch funktionieren sie, sie brauchen aber erheblich mehr Arbeitskraft und Energie als herkömmliche Systeme.
Für spezielle, kleine Anwendungen in Ordnung, als Massensystem ungeeignet.
Die Idee mit dem Urban-Farming ist über 30 Jahre alt, befindet sich aber immer noch (und auch für die nächsten Jahrzehnte) im Planungsstadium: Es ist schlich unrentabel.
Ideen gibts genug. Gerade bei Musk. Bevor man sie aber herausposaunt und zum State-of-the-Art erklärt sollte man erst drüber nachdenken und sie kritisch reflektieren.
Das ist das, was mir bei Space-X fehlt
Der andere Bernd
@bernie: An sich keinen Widerspruch. Ich hielt aber Bernd L.s Argumentation über Perchlorate und die vermeintlichen 2000m²/Person für unredlich. WENN es jemals zur Mars-Kolonie kommt (großes Wenn) werden die Gewächshäuser mit ziemlicher Sicherheit extrem kompakte Aquaponik-Anlagen sein und nicht riesige überdachte Felder auf dem Mars-Boden.
Und die Schlussfolgerung, weil auf der Erde gilt „Es ist schlich unrentabel“ kann man das auch nicht auf dem Mars machen, ist extrem schwer nachvollziehbar.
Musk hat sich bisher nicht detailliert zum Aufbau der Basis geäußert. Was aber bekannt ist, ist das SpaceX Kontakte zu Forschungseinrichtungen (siehe University of Arizona) geknüpft hat, die sich ernsthaft mit diesen Themen beschäftigen.
Was sonst sollten sie tun?
„Und die Schlussfolgerung, weil auf der Erde gilt „Es ist schlich unrentabel“ kann man das auch nicht auf dem Mars machen, ist extrem schwer nachvollziehbar.“
Da die Anforderungen beim Mars höher sind (wie im Artikel erläutert) wird es auf dem Mars nicht rentabler sein. Aber mehr dazu in Teil 3 der sich mit den Kosten beschäftigt.
@Bernd L.: Die Unrentabilität auf der Erde rührt daher, dass konventioneller Anbau billiger ist. Konventionelle Landwirtschaft gibt es auf dem Mars nicht. Die zu unterbietende Alternative wäre, alles per Frachttransporter von der Erde einzufliegen. Das ist mit ziemlicher Sicherheit die niedrigste Hürde, die zu überwinden ist.
Ich meine jedoch, daß man ganz neu denken muss.
Wir haben ja gerade alle mehr oder minder zugestimmt, daß auf einer Marskolonie sowohl Arbeitskraft wie Energieversorgung ein begrenzender Faktor ist.
Es wäre also nachzurechnen, ob nicht die einmalige Anfangsinvestition, Krater mit einem Foliendach zu überdecken und nur mit leicht erhöhten Druck aber reiner CO2-Atmossphäre zu beaufschlagen, billiger ist.
In denen dann halt der Astrolandwirt auf seinem Trecker im Druckanzug sitzen muss.
Dagegen dann hochkomplexe Hydroponicsysteme die um ihrer kompaktheit willen nicht mechanisierbar sind.
Wobei ich die ganze Sache nicht so pessimistisch sehe wie der Blogautor: Gerade weil wir so viel automatiesieren können, auch die Fertigungsstrassen für hochkomplexe Systeme, sehe ich die Bevölkerungshürde nicht ganz so eng. Daß Transporthinderniss ist eben nicht das komplette Stahlwerk sondern eine Fertigungsstrasse die dann vor Ort zuerst einen kleinen Hochofen herstellen kann und wo sich dann das Ganze langsam aber exponientiell hochskaliert.
Das Know-How kann ja immer noch drahtlos und preiswert von der Erde kommen. Diese Infrastruktur ist also nicht so dringend.
Aber natürlich ist selbst diese Anfangsinvestition sowohl technisch wie finanziell gewaltig und noch lange nicht am Horizont zu sehen.
Der andere Bernd
Automatisierung lohnt sich erst bei großen Produktionsmengen. Schließlich müssen die Anlagen auch erstmal gebaut werden, und dafür werden jede Menge Arbeitskräfte gebraucht. Bei geringen Mengen werden so trotz Handarbeit weniger Arbeitskräfte gebraucht.
Welchen Sinn hat eine automatische Anlage, die noch nicht mal zu 0,1% ausgelastet ist?
Nicht Automatisierung sondern sowas wie Rapid Prototyping.
Es hilft soweit vom Heimatplaneten auch nicht, wenn man sich auf einfache bzw. manuell geführte Techniken verlässt um dadurch Transportkapazitäten zu sparen, anschließend aber das gesamte Personal in der Grundversorgung beschäftigt ist ohne freie Kapazitäten für die Entwicklung und Erweiterung zu haben. Genau das Problem der ISS.
Nicht vergessen: Wir planen nicht die nächste Marsmission sondern klären erstmal den Ansatz für ein weit in der Zukunft liegendes Problem.
Der andere Bernd
Landwirtschaft auf offenen Flächen stelle ich mir auf dem Mars sehr, sehr schwer vor. Das Strahlungsproblem betrifft ja nicht nur die auf den Feldern arbeitenden Astronauten, sondern auch die Pflanzen! Hinzu kommt, dass man große, vor Ort gebaute Gewächshäuser nie 100% dicht kriegen wird. Und dann verliert man die ganze Zeit Gase, die man energieaufwendig ersetzen muss.
Statt also Treibhäuser aus 1 cm dickem Glas zu bauen, wird man lieber Solarkonzentratoren aus 0,1 mm dicker Folie bauen. Im Fokus dieser Konzentratoren sitzen dann jeweils Mehrschicht-Zellen, die bereits bei 46% Wirkungsgrad angekommen sind: https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/presseinformationen-2014/solarzelle-mit-46-prozent-wirkungsgrad-neuer-weltrekord
Rechnet man die Verluste in den einfachen Fresnel-Linsen ein, und bedenkt man, dass die radiative Kühlung der Solarzellen auf dem Mars schwieriger sein wird als die konvektive Kühlung auf der Erde, ist dennoch ein Gesamt-Wirkungsgrad auf die benutzte Solaranlagen-Fläche von 30 Prozent denkbar. Wohlgemerkt unter Nutzung von heute verfügbarer Technologie!
Rote LEDs haben inzwischen eine Effizienz von 44% (siehe http://phys.org/news/2010-08-red-light-emitting-diode-efficiency.html – die am Anfang genannten 30% sind die Effizienz-Steigerung, nicht die final erreichte Effizienz), blaue LEDs sind laut deutscher Wikipedia inzwischen bei über 85% angekommen (was angesichts dessen, dass „weiße“ LEDs inklusive der Verluste am Phosphor inzwischen bei 50% sind, auch durchaus glaubhaft ist). Grünes Licht wir hingegen gar nicht erst erzeugt, da Pflanzen damit sowieso nichts anfangen können…
Im Schnitt haben die roten und blauen LEDs also 60% Wirkungsgrad. Zusammen mit den 30% Wirkungsgrad der Konzentrator-Solarmodule ergibt sich also ein Gesamt-Wirkungsgrad von 18% für Sonnenlicht -> Strom -> Kunstlicht. Dafür hat man dann Kunstlicht bei Wellenlängen, die die Pflanzen optimal nutzen, statt Sonnenlicht, von dem die Pflanzen 80% (nämlich IR und grün) ungenutzt lassen. Also etwa den gleichen Nutzungsgrad des Sonnenlichts!
Mit anderen Worten: Die Solarkollektorfläche für den Anbau unter künstlichem Licht ist nicht größer als die Gewächshausfläche bei Anbau unter Naturlicht! Und das bei Nutzung heute verfügbarer Technologie! Die Effizienz von LEDs und Solarzellen wird sich aber noch weiter steigern. Insbesondere ist der Markt für rote Power-LEDs bisher recht klein, an denen wurde noch nicht so intensiv geforscht, mit dem Ergebnis, dass sie so weit zurück sind (44% bei roten vs. 85% Wirkungsgrad bei blauen LEDs). Die Steigerung des roten Wirkungsgrads auf 60 bis 70% halte ich für sehr wahrscheinlich machbar. Auch die Wirkungsgrade von Mehrschicht-Solarzellen werden mit der Zeit die „magische Schwelle“ von 50% übersteigen. Somit ergibt sich dann ein Gesamt-Wandlungsgrad von Sonnenlicht in Kunstlicht:
70% (Fresnel-Linsen-System) * 50% (Solarzelle) * 75% (LEDs) = 26%
Das ist mehr als der Teil des Sonnenspektrums, den die Pflanzen derzeit überhaupt nutzen! Dank Optimierung der Wachstumsparameter (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, rot-zu-blau-Verhältnis etc. pp.) und der Verwendung von Spiegeln, um Streulicht zurückzureflektieren, wird die Kunstlicht-Landwirtschaft daher in 10 Jahren (wenn sie allerfrühestens auf dem Mars zum Einsatz kommt) eine wesentlich höhere Flächeneffizienz aufweisen als die Naturlicht-Landwirtschaft.
Ob man den Mars besiedeln wird, ist natürlich eine ganz andere Frage.
Anstelle von Konzentratorzellen würde ich doch „normale“ 3-Schicht Zellen verwenden. Die sind in der Produktion bei mittlerweile >28% Wirkungsgrad angekommen und man braucht keine heikle Nachführung und Kühlung wie bei den Konzentratorzellen (die es ja erstmal nur aus dem Labor gibt). Strahlungstolerant sind sie auch noch, einfacher gehts ja nun kaum noch.
@Anja: Am Schluss kommt es auf die Masse an. Sowohl Konzentratorzellen als auch „normale“ Solarzellen kann man sicher anfangs nicht effizient auf dem Mars mit auf dem Mars verfügbaren Materialien herstellen. Für Fresnel-Folie klappt das hingegen möglicherweise schon. Und damit benötigt die Lösung mit den Konzentratorzellen möglicherweise viel weniger Materialtransport zum Mars…
Ansonsten gebe ich Dir recht: Einfacher in der Handhabung und wesentlich weniger störungsanfällig wären dreifach- oder vierfach-Zellen, die im Labor auch schon bei 40% Wirkungsgrad angekommen sind.
Wir werden wohl in den nächsten 100 Jahren keine Halbleiterproduktion auf dem Mars sehen.