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Feb 04, 2024

ESA testet, wie Eisen in Schwerelosigkeit brennt

Was passiert, wenn man im Weltraum Eisen verbrennt? Um das herauszufinden, verbrennt die Europäische Weltraumorganisation Eisenpulver in der Schwerelosigkeit. Sie tun es nicht aus Spaß, sondern um etwas zu verstehen

Was passiert, wenn man Eisen im Weltraum verbrennt? Um das herauszufinden, verbrennt die Europäische Weltraumorganisation Eisenpulver in der Schwerelosigkeit. Sie tun es nicht aus Spaß, sondern um etwas zu verstehen, das man „diskretes Brennen“ nennt. Es stellt sich heraus, dass dieser Prozess hier auf der Erde effizientere Eisenöfen ermöglichen könnte. Es könnte schließlich zusammen mit anderen erneuerbaren Energiequellen eine Möglichkeit sein, die Freisetzung von Treibhausgasen in unserer Atmosphäre zu bekämpfen.

Warum also Eisen verbrennen? Wenn in der Astrophysik ein äußerst massereicher Stern in die Phase der „Eisenverbrennung“ gelangt, bedeutet das eine Katastrophe in Form einer Supernova. Das liegt daran, dass mehr Energie benötigt wird, um das Eisen im Kern des Sterns zu verbrauchen, als der Stern abgeben kann. Aber das „Verbrennen“ von Eisen in der Schwerelosigkeit ist ein anderer chemischer Prozess.

Wenn Sie etwas verbrennen, fügen Sie dem Material, das Sie verbrennen möchten, Sauerstoff hinzu. Der Prozess gibt Wärme und andere Nebenprodukte ab. Wenn Sie Holz oder ähnliches verbrennen, entstehen als Nebenprodukte Asche und Kohlendioxid (ein Treibhausgas).

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Wenn Eisenpulver (oder ein anderes Metallpulver) verbrennt, reagiert es mit Luft unter Bildung von Oxiden. Dabei erzeugen sie viel Energie (und Licht). Im Fall von Eisen ist der Rest im Wesentlichen Eisenoxid – guter alter Rost. Und Menschen können den Rost erneut aufbereiten, um den Sauerstoff zu entfernen. Im Wesentlichen erhalten Sie Eisen zurück. Dabei entsteht kein Kohlendioxid und es entstehen keine anderen gefährlichen Gase.

„Der beste Weg, den Kohlenstoffausstoß in die Atmosphäre zu reduzieren, besteht darin, ihn überhaupt nicht auszustoßen“, erklärte ESA-Ingenieur Antonio Verga, der an der Durchführung der Experimente des Teams an Bord der TEXUS-Höhenforschungsraketen beteiligt war.

Die meisten von uns haben brennende Metalle erlebt, wenn wir an Feiertagen Feuerwerkskörper zündeten oder mit Wunderkerzen spielten. Das sind tolle Spielzeuge, aber auch Mini-Energiequellen. Was passiert, wenn man solche Eisen- und Metallverbrennungsprozesse vergrößert? Sie erhalten Wärme und Energie in viel größerem Umfang. Das wollten die ESA-Wissenschaftler aus Gründen der zukünftigen Erforschung des Mondes und darüber hinaus testen.

Um den Eisenverbrennungsprozess zu testen, schickte die Agentur eine Reihe von Parabelflügen mit Schwerelosigkeitsflugzeugen und Raketenstarts. Die „Öfen“ an Bord enthielten Eisenstaub, der frei schwebte und sich diskret entzündete. Solch ein diskretes Brennen ist hier auf der Erde selten, aber für den Einsatz im Weltraum lohnt es sich, seine Physik zu erforschen. Die Idee bestand darin, herauszufinden, ob die diskrete Verbrennung an Orten wie Mondbasen eine nützliche Technologie sein könnte. Um sich den Prozess vorzustellen, stellen Sie sich einen Waldbrand vor, bei dem ein Baum brennt und das Feuer dann, wenn es heiß genug wird, auf einen benachbarten Baum überspringt.

Hochgeschwindigkeitskameras erfassten Ansichten der Experimente an Bord der Flugzeuge und Raketen. Die Bilder und Daten wurden dann in Computermodelle eingespeist, die Wissenschaftler verwenden, um zu verstehen, ob eisenverbrennende Pflanzen in verschiedenen Umgebungen möglich sind.

Metallverbrennungsprozesse mögen für viele Menschen ungewöhnlich erscheinen – fast schon Science-Fiction. Es ist jedoch keine völlig neue Idee. Eine ganze Forschergemeinschaft erforscht den Prozess hier auf der Erde zur nachhaltigen Energieerzeugung. Und es ist nichts Neues in der Branche. In den Niederlanden hat die Swinkels Family Brewery vor einigen Jahren die Eisenverbrennung eingeführt, um ihren Brauprozess von fossilen Brennstoffen auf einen ökologisch nachhaltigeren Prozess umzustellen.

Während es im Weltraum noch keine Kolonien oder Stationen auf dem Mond gibt, sehen ESA-Wissenschaftler eine Zeit, in der auch dort nachhaltige, metallverbrennende Energieanlagen benötigt werden. Ein mögliches Szenario besteht darin, mithilfe von Sonnenenergie Aluminium- und Siliziumpulver aus Mondmineralien herzustellen und Wasserstoff und Sauerstoff aus Mondeis zu gewinnen. Der Wasserstoff würde verwendet, um Mondstaub, der viel Eisen und Titan enthält, in Wasser und Eisenpulver umzuwandeln. Die Metallpulver und der Sauerstoff aus dem Wassereis könnten in Treibstoffe für Raketen oder den Bodentransport umgewandelt werden und das Wassernebenprodukt wird zu Trinkwasser.

Die Industrie für nachhaltige Kraftstoffe erwägt ernsthaft die Metallverbrennung als zukünftige Quelle „sauberer Energie“. In den Niederlanden, in der Nähe von Eindhoven, ist bereits eine Demonstrationsanlage in Betrieb, in der Experimente durchgeführt werden. Ziel ist herauszufinden, wie viel dieser Energie als Ersatz für fossile Brennstoffe erzeugt werden kann. Es verwendet Eisenpulver und erzeugt etwa 1 MW Dampf. Basierend auf diesem experimentellen Modell untersuchen andere Unternehmen die Metallverbrennung für schwere industrielle Zwecke.

Metallbrennstoff für kohlenstofffreie Energie auf der ErdeJedes alte EisenEisen liegt im Feuer