MarsOne – die Selbstversorgung

Also da Thierry schon einiges aufgenommen hat, noch mein Senf nur zu einem klitzekleinen Problem. Wer das ganze Konzept genauer ansieht wird noch mehr entdecken (so sollen die Dragons 50 m² Raum bieten, die derzeitigen haben aber nur 10 m² Basisfläche….Ich will mich nur mit der Fragestellung beschäftigen ob ich auf dem Mars Pflanzen anbauen kann.

TemperaturNehmen wir mal zuerst die heutigen Tatsachen: Der Mars ist zwischen 206 und 249 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt, das sind 56-100 Mill. Kilometer mehr als die Erde. Dadurch erhält er weniger Sonnenstrahlung. Bedingt durch die dünne Luft schwanken die Temperaturen stark. Am Äquator maß Curiosity -90 bis -5°C am Boden und in der Luft -70 bis +10°C. Bedingt durch die dünne Luft (kaum Wärmekapazität) kühlen Atmosphäre und Boden rasch in der Nacht aus. Wenn man zu den Polen geht werden die Temperaturextreme noch größer. Doch eine Siedlung wird wahrscheinlich am Äquator entstehen, wenn sie Pflanzen anbauen muss. Es ist der günstigste Punkt dafür.

Nur ist die heutige Marsatmosphäre kein guter Vergleichsmaßstab. Die Pflanzen werden in einem Gewächshaus angebaut werden. Dieses liefert einen Treibhauseffekt, man kann es ohne Sauerstoffmaske begehen wenn die Atmosphäre entsprechend ausgelegt ist, und eine dichtere Atmosphäre kühlt nicht so schnell aus. Trotzdem wird das Treibhaus bei Nacht stärker als auf der Erde auskühlen denn die umgebende Atmosphäre wird die -70°C haben und daher viel Wärme aufnehmen.

Also wenn wir uns an Temperaturen orientieren, dann eher an den Bodentemperaturen, aber die sind ja noch niedriger. Selbst mit einem Treibhauseffekt von +18°C wie bei der Erde, kommen wir nur einige Stunden auf mehr als +10°C und nachts wird es noch ziemlich kalt. Diese Temperaturen übersteht keine Pflanze

Versuchen wir daher einen anderen Ansatz: Welche Sonneneinstrahlung erreicht der Mars und welche Gegend auf der Erde weist eine ähnliche Einstrahlung auf? Nun unsere Siedler müssen ja dauerhaft mit Nahrung versorgt werden, auch wenn der Mars sein Aphel erreicht. Dann sinkt die Sonneneinstrahlung auf 500 W/m². Wie bei der Erde geht davon noch etwas ab weil die Atmosphäre es absorbiert, Nehmen wir mal 450 W/m² an. Dann schaue ich mal in die Seiten für Photovoltaikinteressenten und stelle fest, dass bei uns im Winter die Sonneneinstrahlung 300 – 500 W/m² beträgt. Also bei uns steht die Landwirtschaft im Winter. Zugegeben, der untere Wert ist noch etwas niedriger als die 450 W/m² und im Gewächshaus hat man einen Treibhauseffekt (allerdings auch Abkühlungseffekte durch die Umgebung), so wird anspruchsloses sicher wachsen wie Kohl oder Feldsalat, denn man auch bei uns im Winter erst ernten kann. Doch was unsere Siedler brauchen, sind die typischen stärkelieferenden Pflanzen wie Getreide, Kartoffeln, Reis und davon wächst nichts mehr im Winter.

Nun könnte man auf die Idee kommen, mit Spiegeln mehr Licht und damit mehr Wärme zur Verfügung zu stellen. Doch woher soll die Ausrüstung kommen? Nach dem Plan landen da einige Habitate wahrscheinlich vorher voll beladen mit Ausrüstung, doch das reicht nicht um die Siedlung zu versorgen. Mais als leistungsfähigstes Getreide liefert 50 Dezitonnen (5000 kg pro Hektar). Angenommen die Siedler essen nichts anderes und halten auch keine Tiere, würden 4 Personen eine Fläche von 18 Ar benötigen um den Mais zu erhalten: Nur das ist die Situation auf der Erde. Wenn ich mit Spiegeln die gleiche Strahlungsintensität wie auf der Erde erreichen will brauche ich die zweifache Fläche die ich mit Spiegeln abdecke, das sind dann 54 Ar, rund 54 x 100 m davon 36 x 100 m Spiegel. Das ist ein ziemlicher Materialaufwand. Zumal 18 m² dann luftdichtes Gewächshaus sein müssen. Da draußen nur ein 1/160 des Innendrucks herrscht. Also mit einer dünnen Plane geht das nicht, eher mit dreischichtigem Isolierglas. Okay und das Isolierglas für 1800 m² wiegt wie viel? Also die Glaser mussten ziemlich viel heben als sie bei mir nur mal die Fenster von 1-2 m² Fläche auswechseln mussten….

In der Praxis wird man aber wahrscheinlich Winterroggen einsetzen. Winterroggen verträgt bis zu -25°c und ist nach 1800 °C (Tage x Temperaturmittel), z.B. 360 Tage x 5 °C oder 180 Tage x 10 °C erntereif. Nur liefert der nur rund 20 dt/ha, braucht also die zweieinhalbfache Fläche.

Doch wächst da auch was? Also eines darf man nicht erwarten: Humus, Bodenbakterien, Mikroorganismen, Pilze. Sie sind wichtig, fast keine Pflanze könnte ohne Pilze auskommen, welche Mineralstoffe erst verfügbar machen. Also sollte man vielleicht erst mal auf der Erde Versuche mit sterilisiertem Sand machen, auch weil es keinen Humus gibt, sondern eben nur nackten Felsen, Sand und Staub. Ansonsten wird man Humusboden mit den Mikroeben, Pilzen etc. in größerer Menge mitführen müssen.

Ach ja noch ein kleines Problem gibt es auch noch: Nach den Viking und Phoenix-Untersuchungen ist die oberste Bodenschicht stark angereichert mit Peroxiden und anderen oxidierend wirkenden Substanzen wie Chloraten. Also sollte man zum sterilisierten Sand noch etwas Kloreiniger zugeben und feststellen ob dann auch noch was auskeimt….

Ach ja man hat dann nur die Getreidekörner, es kommen da noch ein paar kleinere Probleme dazu, Mahlen, Backen, und eventuell wollen die Siedler auch was anderes essen als nur Roggenbrot und Roggenflocken….

39 thoughts on “MarsOne – die Selbstversorgung

  1. Auf ihrer Webseite steht, dass das Gewächshaus aus einem aufblasaren Wohnteil bestehen, das dann mit Marssand überdeckt wird. Das Licht wird mittels optimierten LED Panel erzeugt. Zusätzlich soll alless hydroponisch erzeugt werden, also ohne Erde. Dann enthält schonmal das Problem des sterillen Marsboden.

  2. Dafür gibt es dann ein anderes Problem: Wo soll die Energie für das Licht herkommen? Egal ob nun aus Solarzellen oder einen Reaktor, der Kram muß erstmal zum Mars.
    Bei einem Wirkungsgrad bei Solarzellen und LED von jeweils rund 20% braucht man das 25-fache der Anbaufläche für Solarzellen, und das nur für die Beleuchtung. Dazu noch weitere Energie für die Heizung. Und gerade die wird dann gebraucht, wenn die Sonne nicht scheint. Also tonnenweise Akkus. Verschärft wird das noch dadurch, daß diese Werte nur für senkrechten Lichteinfall gelten. Also entweder schwere und störanfällige Schwenkmechanismen, oder fest ausgerichtet mit deutlich weniger Leistung.
    Bei der Alternative Kernkraftwerk kommt dann die gesamte Problematik der Entsorgung, und die macht schon auf der Erde gewaltige Probleme. Bei einem Kraftwerk das mindestens einige Jahrzehnte arbeiten muß kommt da schon einiges zusammen. Mal ganz abgesehen von der Frage, daß so ein Kernkraftwerk mit Sicherheit Teile hat, die niemals in eine Dragon-Kapsel passen.

  3. Aus Sonnenlicht erst Strom und dann weiteres Licht zu machen vond em dann die Pflanzen nur einen Bruchteil in Biomasse umsetzen (Pflanzen haben einen miserablen Wirkungsgrad, bei Mais liegt er bei rund 0,2% bezogen auf die Lichtenergie) könnten sie gleich dazu übergehen aus Wasser und Kohlendioxid erst mal Formaledhyd und dann Kohlenhydrate synthetisch zu erzeugen.

  4. Ich stimme Herrn Leitenberger zu, die Selbstversorgung der Astronauten ist so wie von Mars One dargestellt, nicht wirklich gewährleistet. Meiner Meinung nach fehlt es einfach an aussagekräftigen Experimenten, aus denen man hätte Erkenntnisse für ein solches Projekt ziehen können. Biosphäre 2 ist das einzige, was mir einfällt, und das ist ein Riesenkomplex von 12700 m2 Grundfläche und einem umbauten Volumen von fast 200000 m3. In diesem Biodome konnte sich eine Gruppe von 8 Personen autark für 2 Jahre mit allem Lebensnotwendigem versorgen. Leider wurde das Experiment nicht mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen wiederholt.
    So oder so sind wohl selbst die größten Bigelow-Module (8100 m3) zu klein für eine autarke Versorgung der Mars Astronauten. Nicht, dass es nicht spannend wäre, auch mal ein „Gewächshausraumschiff“ loszuschicken oder Gewächshausmodule auf den Mars zu schicken und zu schauen, wie es funktioniert (geringere Gravitation und Lichtverhältnisse, geschlossenes Biosystem). Nur wird das wahrscheinlich jedem Investor viel zu teuer sein.
    Da macht es wohl wirklich mehr Sinn, für zwei Jahre Vorräte mitzunehmen.

  5. Äh Biosphäre erfolgreich? Man hat die Emittierung von Kohlendioxid durch das Verrotten total unterschätzt, sodass der Kohlendioxidgehalt laufend anstieg und man die Notbremse ziehen musste und die Luft austauschte. Weiterhin hat jeder der Teilnehmer während des Experiments massiv abgenommen, eben weil die Fläche nicht genügend Nahrung lieferte.

  6. Nein, erfolgreich war Biosphäre 2 nicht. Zumindest hat das Experiment nicht so funktioniert wie gedacht. Der Stahlbeton des Fundaments absorbierte schleichend Sauerstoff, Kakerlaken breiteten sich aus, die Teilnehmer zerstritten sich…
    Trotzdem wurden eine Reihe wertvoller Erkenntnisse gewonnen, wie z.B., dass man nicht zu viele Tier- und Pflanzenarten auf so engem Raum stopfen sollte.
    Ja, die Teilnehmer haben abgenommen, aber offenbar nicht in gesundheitsgefährdendem Maße. Laut englischer Wikipedia waren alle gesund:
    „Medical markers indicated the health of the crew during the two years was excellent. Strikingly, they showed the same improvement in health indices such as lowering of blood cholesterol, blood pressure, enhancement of immune system. They lost an average of 16% of their pre-entry body weight before stabilizing and regaining some weight during their second year.[14] Subsequent studies showed that the biospherians‘ metabolism became more efficient at extracting nutrients from their food as an adaptation to the low-calorie, high nutrient diet.“
    Trotzdem war es kein Honigschlecken:
    http://einestages.spiegel.de/static/topicalbumbackground-xxl/23553/hoelle_im_glashaus.html

  7. Na ja 16% in zwei Jahren. Da die Teilnehmer vorher nicht dick waren ist das nicht zu verachten und es hat ja nur aufgehört weil sie rauskamen. Beim Mars geht es aber weiter und alle zwei Jahre kommen neue Leute dazu die verköstigt werden können (oder die Fleischzulage, wenn der Hungerzustand dauerhaft ist….)

  8. Im zweiten Jahr stabilisierte sich das Gewicht der Teilnehmer und erhöhte sich offenbar sogar ein wenig („…before stabilizing and regaining some weight during their second year.“).
    Trotzdem stimme ich zu, Mars One wird auf dieser Basis nicht funktionieren. Da ist noch viel Grundlagenforschung nötig. Das sowjetische Experiment Biosphäre 3 (verwirrender Name) in den 70er Jahren war übrigens kleiner und praxisnäher, aber länger als 180 Tage hielt es auch keiner der Teilnehmer aus.

  9. Man könnte auch erst versuchen eine sich selbst (mit Nahrungsmitteln) versorgende Raumstation in Angriff nehmen. Entweder eine kleine autarke Station (wie zum Beispiel die Bigelow Stationsentwürfe) oder ein an der ISS angedocktes Gewächshausmodul ala BA330 oder BA2100 (damit sie auch mal ne Nutzlast für ihre Heavy Lift Rakete haben). Zumindest kann man dann bei einem Fehlschlag wieder Nahrungsmittel (oder etwas Eiskrem zum trost ;-)) vorbeibringen.

  10. Die Sonneneinstrahlung auf dem Mars in Äquatornähe ist durchaus mit der Sonneneinstrahlung auf der Erde in Äquatornähe vergleichar. Der Grund dafür sind die Wolken über den Regenwäldern, die man auf dem Mars nicht hat. Die reduzieren die durchschnittliche Sonneneinstrahlung auf nicht einmal die Hälfte des Maximums in Äquatorialguinea. Nicht gerade ein Ort, den ich als leblose Wüste bezeichnen würde.

    Der Marsäquator hat keine Tageslänge von 6-8 Stunden im Winter. Und selbst während dieser Zeit steht die Sonne in Deutschland größtenteils äußerst tief am Horizont, und kommst selbst dann nicht auf 450 Watt pro Quadratmeter, wenn keine Wolke am Himmel steht. Was typischerweise in Europa auch nicht der Fall ist.

    Ganz abgesehen davon wird der Ertrag von Getreide wie Roggen und Weizen oder auch Kartoffeln (die C3 Photosynthese betreibt) durch die CO2 Konzentration der Luft begrenzt. Trotz weniger starker Sonneneinstrahlung hat man wegen der längeren Sommertage in Schottland höhere Gerstenerträge als in England. Für tropische Pflanzen wie Mais und Zuckerrohr gilt das nicht, die betreiben C4 Photosynthese, bei der die CO2 Konzentration an den Chloroplasten um das 10-100fache erhöht ist, was die Effizenz steigert.

    Der Rest ist eine Frage des Bodens, der Nährstoffe, des Wassers und der Temperaturen. Aber das Licht wird kein Problem darstellen, es ist genug davon da um ganzjährig Landwirtschaft zu betreiben.

  11. Als jemand mit landwirtschaftlichem Berufshintergrund muss ich tp1024 zustimmen: Licht ist nicht das Problem.
    Die Vegetation ruht hier im Winter aufgrund der Temperaturen: Das Wasser gefriert und damit würde sich eine aktive Pflanze selbst zerstören.

    Der Treibhauseffekt wäre auch ausreichend, die Temperaturen unter Glas/Plastik wären ausreichend.
    Wichtig wäre eine Abschirmung gegen Strahlungsverluste in der Nacht. Eine Technik, die im Unterglasgartenbau seit 50 Jahren erfolgreich eingesetzt wird.
    Der Energieverlust durch Konvektion wäre auch nicht so hoch wie hier auf der Erde. Aus genau dem gleichen Grund, aus dem Temperaturunterschiede Tag/Nacht so hoch sind: die dünne Athmosphäre.
    Dazu nochmal die selbe Fläche an Sonnenkollektoren (Solarthermie), einen Warmwasser-Pufferspeicher um die Energie vom Tag in die Nacht zu kriegen und das Gewächshaus ist warm genug.

    Als nächstes sollte man das Gewächshaus für Pflanzen, nicht für Menschen konstruieren: Da muss keine 1-Bar-Athmosphäre und kein 21%-Sauerstoff-Gemisch her, das braucht nur die Fauna. Schon wären die konstruktiven Anforderungen wesentlich geringer.
    Andere Frage wäre die Belastung durch kosmische Strahlung, kann ich nicht beurteilen. UV-Belastung kann durch geeignetes Bedachungsmaterial erträglich gemacht werden, es gibt hier aber den Faktor Alterung.

    Der Vergleich mit der Biospäre 2 ist insofern schief, da diese 1,8 Hektar nicht zur Nahrungsmittelproduktion optimiert wurden.
    Deine Ertragszahlen kommen mir übrigens nicht korrekt vor: Die Mitteleuropäischen Landwirte ernten mindestens 8 to/ha bei Brotweizen.
    Im übrigen fällt dann noch weiteres organisches Material an, das z.B. in einer Biogasanlage genutzt werden kann.
    Der Anbau müsste natürlich hydroponisch erfolgen, dazu müsste der Boden, zumindestens die oberen 10cm chemisch neutralisiert werden.

    Meine Meinung: Möglich, dürfte aber trotzdem eine Transportkapazität weit über den Schätzungen von MarsOne erfordern.

    Bernd

  12. Zu „Bernds Liebling“:
    Elon soll aber auch bei Mars One seinen Anteil haben. Ich zitiere mal aus der deutschen Wikipedia:
    “ * 2016: Eine Versorgungsmission mit 2500 kg Lebensmitteln wird mit einer modifizierten Dragon-Kapsel von SpaceX zum Mars gesendet.

    * 2022: Eine Falcon Heavy-Rakete von SpaceX startet mit der ersten Gruppe von vier Marskolonisten.
    * 2023 (April): Die ersten Kolonisten erreichen den Mars in einer modifizierten Dragon-Kapsel.“
    http://de.wikipedia.org/wiki/Mars_One

    Stelle ich mir auch lecker vor: sechs Jahre alte Lebensmittel; aber zumindest absolut keinfrei nach jahrelanger Bestrahlung.

  13. Ich finde Franks Vorschlag von dem „Biosphärenraumstationsmodul“ sehr gut. Ich meine auch, dass man, ehe man auf autarke Vollversorgung setzt, erst mal mit Teilversorgung experimentieren sollte. Ich weiß aber nicht, wie gut der Pflanzenanbau im All ohne künstliche Schwerkraft funktioniert. Auch Hydroponik wird ein Oben und Unten brauchen. Insofern könnte das Experiment Teilversorgung im All auch gleich mit Zentrifugen- bzw. rotierendem Modul kombiniert werden.
    Zur Lichtversorgung auf dem Mars möchte ich noch die Staubstürme zu bedenken geben, die zumindest eine teilweise künstliche Lichtversorgung (und eine von der Sonne unabhängige Energieversorgung) nötig machen.
    Ich weiß nicht, wie viel an kosmischer Strahlung auf der Marsoberfläche eintrifft, aber ich hatte mal gelesen, dass es zwei verschiedene Arten von Strahlung gibt, die prekärerweise auch verschiedene Arten von Strahlenschutz erfordern.
    Die erste wäre hochenergetische Gamma- und Röntgenstrahlung, gegen die am besten ein möglichst dichtes Material wie Blei oder Wolfram hilft.
    Die andere sind hochenergetische („schnelle“) Teilchen wie Protonen und Neutronen, die durch ihren Aufprall auf „normale“ Teilchen diese ionisieren. Gegen sie hilft am besten ein möglichst wasserstoffhaltiges Material wie Wasser, aber auch bestimmte Kunststoffe.
    In unserem Sonnensystem sind es meines Wissens vor allem hochenergetische Protonen, die die kosmische Strahlung ausmachen.
    Also am besten eine Hydrokultur mit dem Boden in Richtung Sonne…:-)

  14. Vieleicht ist die fehlende Schwerkraft gar nicht so schlimm. Pflanzen richten, soweit ich weiß, ihr Wachstum am Sonnenlicht aus. Also muss man dafür Sorgen, dass die Pflanzen ihr Licht nur aus ihrer gewünschten Wachstumsrichtung bekommen und nicht aus der Raumbeleuchtung. Ich könnte mir vorstellen, das evtl. einige Früchte deformiert sein könnten. Das sind natürlich nur Vermutungen, aber genau sowas sollen ja solche Forschungen zeigen oder eben nicht.

    Auf dem Mars würde ich ebenfalls soweit wie Möglich das Sonnenlicht direkt nutzen. In der Nacht wäre es vieleicht möglich das Glasdach mit einer isolierenden Abdeckung zu verschließen und auf eine schwächere Innenbeleuchtung umzuschalten. Damit wäre es auch möglich den natürllichen 24 Stunden Rhythmus, falls dies nötig ist. Außerdem müssen die Pflanzen vor der höheren Strahlung geschützt werden, was mit großflächigem Glas (wenn auch Spezialverglasung) wohl schwierig ist. Zudem könnte man auch mit höherem CO2 Gehalt im Modul experimentieren.

  15. = Zum Hauptartikel =

    Ich stütze mich mal auf die Aussagen der Website des Projekts. Dort findet sich zum Thema folgende Einträge:
    * „Is this really possible?“ http://mars-one.com/en/mission/is-this-really-possible
    * „Life Support Unit“ http://mars-one.com/en/life-support-unit
    * in FAQ-Sektion „Will the astronauts have enough water, food and oxygen?“ http://mars-one.com/en/faq-en/20-faq-sustainability/253-will-the-astronauts-have-enough-water-food-and-oxygen

    == Zusammenfassung der Quellen ==
    * Standort der Station bei ca. 40 bis 45 nördlicher/südlicher Breite

    * die Life Support Units „beschaffen“ die Ressourcen
    ** Wasser wird aus dem Marsboden extrahiert
    ** eine Life Support Unit liefert ca. 1,5 m³ in 500 Tagen
    ** Stickstoff soll aus der Marsatmosphäre gezogen werden

    * Strom wird solar auf ca. 3000 m² erzeugt
    ** pro Quadratmeter kommen ca. 500 Watt Sonneneinstrahlung auf der Marsoberfläche an
    ** nukleare Stromerzeugung wird ausdrücklich ausgeschlossen

    * Pflanzenanbau
    ** soll in Hydrokultur stattfinden
    ** „Gewächshaus“-Module sind durch eine hinreichend dicke Schicht Marsboden (auf dem Dach) vor Strahlung geschützt
    ** es wird eine Zahl von 50 m²(!?) Anbaufläche genannt
    ** Licht wird mit LED-Lampen in für die Pflanzen optimalen Wellenlängenbereichen zur Verfügung gestellt

    == Auffälligkeiten ==

    Was mir ohne Nachrechnen auffällt:
    * 1,5 m³ Wasser in anderthalb Jahren pro Unit erscheint mir für den Bedarf entschieden zu wenig. Auch wenn mehrere Life Support Units aktiv sein sollen. Ich würde (gefühlt) von einem Bedarf von wenigen Dutzend Kubikmetern pro Jahr ausgehen.
    * 50 m² Anbaufläche halte ich zur Selbstversorgung für viel zu wenig, auch wenn man den geplanten Etagenanbau berücksichtigt. Bei vier Etagen macht das 200 m². Ich habe jetzt nicht recherchiert, glaube aber, daß das absolute Minimum bei optimalen Bedingungen (ganzjähriger Anbau, gute Düngung, „schönes“ Wetter etc.) bei 200 m² Anbaufläche pro Person liegt.
    * für kritisch halte ich die Frage: Wie kommt der Stickstoff in den Boden bzw. zu den Pflanzen. Will man aus dem Stickstoff Nitratdünger machen?
    * für die Hydrokultur braucht man Pumpen. Wie oft gehen die kaputt? Wie viele Ersatzteile braucht man dafür? (Jaja, auf der Website steht was von 3D-Printern und so. Aber kann jemand dafür praktische Erfahrungen vorweisen?)

    weitere Unklarheiten, die ich sehe:
    * Auch für Hydrokultur braucht man Material, welches den Wurzeln Halt gibt. Dazu kann man Kiesel, Sand, Mineralwolle, Pflanzenfasern etc. nehmen. Es wird nicht gesagt welches Material man verwenden will. Wenn man die Strukturen in Plastik vorfertigt, erscheint man das Ganze für einen Transport zum Mars ziemlich sperrig zu werden. Wenn man Kieselsteine vom Mars nehmen will, muss man diese sammeln, vermutlich zerkleinern und, wie Bernd bereits ausgeführt hat, chemisch reinigen.

    was möglich erscheint:
    * Wenn man mal ganz optimistisch das Stromangebot und den Bedarf abschätzt, könnte das zumindest theoretisch funktionieren: bei 20% Wirkungsgrad erhält man im besten Fall 100 Watt/m². Soviel schätze ich aus dem Bauch heraus, braucht man auch zur Lichterzeugung für die Pflanzen. Bei 200 m² Anbaufläche bräuchte man also 200 m² Solarpanels. Weiterhin braucht man Strom zum Heizen. Wenn man die deutschen Vorschriften zur Wärmedämmung einhält, sollte man mit weiteren paar hundert Quadratmetern Solarmodulen hinkommen. Die Stromversorgung scheint also, zumindest auf dem Papier, ausreichend zu sein.

    == Zusammenfassung Kommentar ==

    Die Idee zur Selbsversorgung bei Mars One sieht für mich nicht ganz so desaströs aus, wie von Bernd beurteilt. Nichtsdestotrotz scheint mir die Planung völlig unausgegoren und bisher liefert man unplausible Zahlen. Ich sehe nicht, daß sich die aufgeführte Technik in den nächsten zehn Jahren soweit entwickelt und praxistauglich wird, daß man ihr Menschenleben anvertrauen kann. Insbesondere halte ich die genannte Anbaufläche für viel zu klein und das Problem der Stickstoffdüngung für ungelöst. Auch die Frage zum Wartungsaufwand wird völlig unzureichend bzw. gar nicht beantwortet.

    == Nachtrag ==

    Wenn man sich für das Thema – ich nenne es mal – „Indoor Farming“ interessiert, so gibt es zur Zeit ein Kickstarter-Projekt dazu, welches allerdings ohne Chancen auf Finanzierung ist:
    http://www.kickstarter.com/projects/976986323/green-spirit-farms-organic-rotary-vertical-farming

  16. Das Ganze enthält leider gleich zwei Denkfehler: Die elektrische Leistung von 100 Watt pro Quadratmeter nutzt den Pflanzen nichts, sie muß erst wieder in Licht umgewandelt werden. Und dann sind es nur noch 20 Watt pro Quadratmeter.
    Wenn man Maximalerträge haben will, braucht man dazu auch Maximalbeleuchtung. Selbst 500 Watt Lichtleistung pro Quadratmeter sind dafür eher noch zu wenig.
    Das ergibt aber eine Solarzellenfläche von mindestens 5000 m² – und das pro Person. Bei 20 Leuten also 100 000 m², statt die projektierten 3000.
    Dazu kommt noch ein anderes Problem: Diese ganze Rechnerei berücksichtigt lediglich den Energiebedarf. Ein Mensch braucht aber noch einiger mehr. Vitamine, essentielle Aminosäuren und Fettsäuren. Um die zu erzeugen ist aber zusätzliche Anbaufläche nötig.
    Mit anderen Worten: Die projektierte Fläche ist um Größenordnungen zu klein.
    Diese „Experten“ sollten mal versuchen, sich zwei Jahre lang nur durch Mehlpampe zu ernähren. Warscheinlich würden sie dieses Experiment nicht überleben.
    Um so eine Selbstversorgung auszuprobieren, wäre sicher der Mond am geeignetsten. Eine längere Zeit ständig bemannte Mondstation wäre also für die Vorbereitung zwingend erforderlich. Aber dagegen sträuben sich Alle mit Händen und Füßen. So wird das wohl nie etwas mit der Marsbesiedlung.

  17. Eine Mondstation und eine größere Raumstation mit aufblasbaren Modulen wären auch für mich die logischen nächsten Schritte. Und die Erprobung leistungsfähiger Energiequellen und (Ionen/Plasma/Atom)triebwerke im All. Wenn die Reisezeit zum Mars statt sechs Monaten nur noch zwei dauern würde, wäre eine große Hürde für jedes bemannte Marsprojekt genommen.

  18. Nur mal als Gegenrechnung. Bei der ISS rechnet man mit einem Verbrauch von 6 kg Verbrauchsgütern pro Person. Bei einer Rückkehrmission ist die Besatzung maximal 550 Tage auf dem Mars (bei Hohmann Bahnen). Das sind dann 3,3 t Fracht pro Person. Sie muss noch gelandet werden, also nehmen wie sie mal zwei. Dann würde eine Falcon Heavy trotzdem ausreichen die Vorräte für zwei Personen zu transportieren. Demgegenüber dürften die Investitionskosten in eine autarke Siedlung um Größenordnung höher sein.

    Was uns das Konzept verkaufen will ist das dritte Schritt (erster Schritt: Zum Mars hin und zurück, zweiter Schritt eine dauerhaft bemannte Station, aber versorgt von außen, dritter Schritt eine autarke Station) billiger ist als der erste …

    Das wäre wie wenn man in den sechsziger gesagt hat (Was soll dieses Mercuryprogramm das ist doch eh zu teuer, gehen wir gleich zum Mond, das ist viel billger….)

  19. Zum Energieproblem:
    Ich sehe da auch eines der grössten Problem – zumindest am Anfang. Nach Jahren und weiteren Versorgungsmissionen könnten genügend Solarmodule dorthin gebracht werden.
    Aber warum nicht das nehmen, das sich in der Raumfahrt ohnehin schon als zuverlässigste und langlebigste Energiequelle herausgestellt hat : nämlich Plutonium Thermomodul Generatoren ?!
    Erstens einmal wäre damit der anfängliche Energiebedarf leichter zu decken.
    Zweitens könnte man die bestehenden Plutoniumgeneratoren für den Flug zum Mars noch stark weiter im Gewicht verringern indem im Erdorbit die zum Schutz eingebauten Panzerungen (bei Fehlstarts / Rücksturz auf die Erde) abgeworfen werden.
    Drittens ist es eine konstante E-quelle und nicht von Licht abhängig. Weiterhin würde dafür auch das Gewicht von Energiespeichern erst einmal überflüssig bzw stark reduziert.

    Und nein: ich habe echt kein moralisches Problem damit ein paar Plutonium Generatoren auf den Mars zu bringen (auch wenn ich von Kernkraft hier auf der Erde wenig halte..)

  20. RTG wären eine Lösung, sie haben aber zwei Probleme. Erstens sind sie teuer, weil immer weniger Plutonium 238 hergestellt wird. Zweitens kann man sie als Privatorganisation nicht legal erwerben.
    Die viele Kilos radioaktiven Materials könnten von Terroristen zum Bau von schmutzigen Bomben verwendet werden, wenn sie frei erhältlich wären.

  21. RTG PU-238 kostet rund 10 Millionen Dollar pro Kilogramm und liefert im besten Fall 130 Watt elektrische Leistung.

    Ich glaube es sind eher Kernkraftwerke gemeint, die lohnen sich wegen der schweren Abschirm erst bei einem wirklich hohen stromverrbauch wie sie die paar Hansel aber kaum aufweisen werden.

  22. Wäre es möglich zumindest einen Teil der benötigten Energie durch kleinere Windkraftanlagen zu decken? Natürlich müsste man dann den Überschuss für Flauten speichern. Aber würden Atmosphärendruck und Windgeschwindigkeiten prinzipiell genügen?

  23. Der Wirkungsgrad eines RTG ist um die 8%, der Rest geht als Wärme verloren, aber man könnte es immer noch zum Heizen benutzen.
    Aber schliesslich bräuchte man hunderte Kilos Plutonium um genügend Strom zu produzieren.

  24. Wenn man die Gewächshäuser damit beleuchten will, bräuchte man dann schon mindestens 16 Stück pro Quadratmeter. Da kommt man bei 20 Leuten schon auf einige Hunderttausend Stück. Gegenwärtig hat man aber mächtig Probleme, alle paar Jahre auch nur eins zu bauen.

  25. Na ja, es ist ja nicht nur die elektrische Energie die benötigt wird, vor allem ist es ja auch Wärme!
    Insofern ist der Wirkungsgrad der Elektroumwandlung erst einmal sekundär. Wenn ich auf dem Mars bin, wäre mir eine konstante,stabile Wärmequelle für die nächsten 80 Jahre schon sehr willkommen…und bei Sandstürmen die Tage und Wochen dauern können sogar überlebensnotwendig. Bei 500 W /kg (Pu238) ist das schon sehr effizient für Raumfahrtzwecke..!

  26. Eben, für Raumfahrtzwecke. Aber um eine ganze Siedlung zu heizen, sind 500 Watt ein Witz. Hier zählt nicht der Wirkungsgrad, sondern die Energiemenge. Und die ist um Größenordnungen zu klein.

  27. Eigentlich gibt es mehrere Sachen, die man zuerst in der Arktis oder Antarktis ausprobieren sollte, bevor man es auf dem Mars tut:
    -Extraktion von Wasser aus dem Boden. Durch Erhitzen von Marsboden, soll draus Wasser kommen. Das sollte auch mit Sand oder anderes Getein auf der Erde funktionieren, dass eh noch feuchter ist.
    -Herstellen der Atmosphäre aus einen Mars-ähnlichem Gasgemisch.
    -Gewächshaus mit LED beleuchtung aufbauen, nicht im Labor sondern in rauer Umgebung
    -Gewächshaus mit modfizierte Atmosphäre. Damit könnte man einiges einfacher machen, wenn Pflanzen einer Kohlendioxid-Atmosphäre mit vermindertem Druck wachsen würden. Dadurch wäre ein Loch in der Aussenwand nicht so kritisch, da keinen wertvollen Sauerstoff verloren ginge.
    -Aufbewahrung von Lebensmittel in der Marsatmosphäre. Dadurch könnte Platz gewonnen werden, wenn man die Ernte draussen lagern könnte. Zu mindest gut verpackt, die Kälte aus dem Mars würde wie ein Tiefkühler wirken.

  28. Eine weitere Möglichkeit Energie zu gewinnen wäre die Nutzung von Geothermie (zum Beispiel in der Tharsis Region), dazu müssten aber erst einmal entsprechende geologische Untersuchungen stattfinden.

    RGT’s halte ich ebenfalls für nicht praktikabel. Sie sind eher was für Langzeitmissionen mit begrenztem Energiebedarf. Ein Atomreaktor braucht eine Menge Infrastruktur (Wartung, Brennelemente wechseln und lagern etc.) rundherum, wenn man ihn über Jahrzehnte betreiben will.

    Meiner Meinung nach ist der beste Ansatz soweit wie möglich lokale Ressourcen zu Nutzen, dass heißt auch irgendwann Gebäude und Gewächshäuser aus Marsmaterialien (Gestein und Sand) zu bauen!

    Jedes „importierte“ Gramm Material macht die ganze Unternehmung um Millionen teurer!

  29. > Gewächshaus mit LED beleuchtung aufbauen, nicht im Labor sondern in rauer Umgebung

    Geplant ist ja, die Gewächshäuser einzubuddeln, wegen der Strahlung. Also sollten diese Versuchs-Gewächshäuser lieber unterirdisch angelegt werden. Am besten auf dem Mond, da kann man auch gleich noch testen, wie sich geringere Schwerkraft auf das Pflanzenwachstum auswirkt. Sonst könnte man auf dem Mars recht böse Überraschungen erleben.

    > Gewächshaus mit modfizierte Atmosphäre. Damit könnte man einiges einfacher machen, wenn Pflanzen einer Kohlendioxid-Atmosphäre mit vermindertem Druck wachsen würden. Dadurch wäre ein Loch in der Aussenwand nicht so kritisch, da keinen wertvollen Sauerstoff verloren ginge.

    Da durch die Pflanzen selbst Sauerstoff produziert wird, geht der aber durchaus verloren. Und all zu weit kann der Druck auch nicht gesenkt werden, schließlich müssen in dem Gewächshaus ja Menschen arbeiten. Mit Raumanzug wäre das auf Dauer wohl nicht machbar. Und bei dem Außendruck liegen Temperaturen bei denen Pflanzen wachsen schon überm Siedepunkt des Wassers. Viel weniger als 0,5 Atmosphären sind wohl kaum drin. Erhöhter CO2-Gehalt ist aber durchaus machbar, wurde schon zu DDR-Zeiten im industriellen Maßstab in Gewächshäusern angewendet.

    > Aufbewahrung von Lebensmittel in der Marsatmosphäre. Dadurch könnte Platz gewonnen werden, wenn man die Ernte draussen lagern könnte. Zu mindest gut verpackt, die Kälte aus dem Mars würde wie ein Tiefkühler wirken.

    Bei dem geringen Luftdruck würde das sogar eine Gefriertrocknung werden. Versuche dazu gab es schon in der Antarktis. Einfach einen Eimer Eintopf vor die Tür stellen. Bei Bedarf ging dann der Koch mit einem Beil raus, und hackte sich ein passendes Stück vom Klotz…

    Ein anderes Problem ist dann allerdings die Entsorgung. Am besten wäre es, die Exkremente und Pflanzenreste zu kompostieren. Allerdings wird dafür wieder jede Menge Sauerstoff gebraucht. Und den Kram einfach in die Gegend kippen? Die Feuchtigkeit darin wäre recht schnell verdampft, und gefriergetrocknete Kacke dürfte recht schnell zerkrümeln. Beim nächsten Sturm dürfte dann das Wort „Shitstorm“ durchaus wörtlich zu nehmen sein…

    >Meiner Meinung nach ist der beste Ansatz soweit wie möglich lokale Ressourcen zu Nutzen, dass heißt auch irgendwann Gebäude und Gewächshäuser aus Marsmaterialien (Gestein und Sand) zu bauen!

    Glas müßte sich eigentlich schon mit großen Parabolspiegeln aus dem vorhandenen Gestein herstellen lassen. Etwas größerer Aufwand wäre für Glasfasern und Glasfasergewebe nötig.

    > Jedes “importierte” Gramm Material macht die ganze Unternehmung um Millionen teurer!

    Wohl nicht gleich um Millionen, aber die weitgehende Selbstversorgung ist die Grundvoraussetzung für eine Besiedlung. Sonst wird das auf Dauer wirklich unbezahlbar.

  30. „gefriergetrocknete Kacke dürfte recht schnell zerkrümeln. Beim nächsten Sturm dürfte dann das Wort “Shitstorm” durchaus wörtlich zu nehmen sein“

    Nein, ich kann nicht mehr! 🙂

  31. >Elendsoft:Eben, für Raumfahrtzwecke. Aber um eine ganze Siedlung zu heizen, sind 500 Watt ein Witz. Hier zählt nicht der Wirkungsgrad, sondern die Energiemenge. Und die ist um Größenordnungen zu klein.<

    Eben. Was zählt ist die Energiemenge, also Wh. Und die ist bei Kernenergie unerreicht. Rechne mal aus was 500 W während 20 Jahren für eine unglaubliche Energiemenge ist. Und das mit nur 1 kg! Keine Wartung, keine Aussetzer, totale Funktionstüchtigkeit garantiert ! Das heisst nichts anderes als dass ich mit läppischen 100 kg Kernbrennstoff auf Jahrzehnte hinaus 50 kW Wärme hätte.
    Da anzunehmen ist dass Behausungen auf dem Mars eine ultragute Wärmeisolierung haben müssen/werden , würde diese Heizleistung locker ausreichen… UND 3-4 % davon könnte ich noch als Elektrizität gewinnen.

  32. Ja und so billig, 500 Watt (thermisch, nicht elekrisch) für nur 10 Millionen Dollar. Also wenn man es 11415 Jahre lang betreibt, dann kommt man sogar auf den heutigen Strompreis. Schade nur, dass schon nach einigen Jahrhunderten die Leistung durch den Zerfall gleich 0 ist. Von den Wandlern die fürher aufgeben ganz zu schweigen…

    Und 50 Kw kosten dann schon so viel wie ein Kernkraftwerk auf der erde, nur hat das eben 1 Watt Leistung…..

  33. Ist es denn so schwer zu verstehen, daß ein RTG viel zu wenig ist, und die benötigte Menge die Produktionskapazität der gesamten Erde weit übersteigt?
    Um die insgesamt benötigte Menge Plutonium 238 zu erzeugen, müßten weltweit sämtliche Kernreaktoren nur noch dafür verwendet werden, und selbst das würde noch nicht mal 1% der benötigten Menge bringen. Und dabei geht es nur um die erste Ausbaustufe. Bei jedem Startfenster würde dann nochmal die gleiche Menge gebraucht. Da wären die gesamten irdischen Uranvorräte recht schnell zu Ende.
    Egal wie praktisch das bei geringen Leistungsbedarf ist, die für eine Marsbesiedlung benötigte Energiemenge so zu erzeugen ist reine Spinnerei.

  34. Zur RTG-Diskussion: Das Problem ist nicht die Zahl der dafür benötigten Kernreaktoren, sondern „nur“ die Erweiterung der bestehenden Wiederaufbereitungsanlagen um eine Stufe, die Neptunium abtrennt, sowie ein Vertrag mit Russland, dieses Neptunium dann in Kernreaktoren vom Tschernobyl-Typ, die Brennstoffwechsel im Betrieb erlauben, für einige Wochen oder Monate zu bestrahlen, und dann eine zweite WAA, die Neptunium von Plutonium trennt. Letzteres ist dann überwiegend Plutonium 238. Je länger das Neptunium mit thermischen Neutronen bestrahlt wurde, desto mehr Plutonium-239 sammelt sich aber an.

    Problem ist halt, dass man halt nicht einfach mal so einen Techniker in die heiße Zelle einer WAA schicken kann, um da mal ein paar zusätzliche Rohre, Pumpen, Ventile, Messfühler usw. usf. nachzurüsten. Im Worst Case erfordert das Nachrüsten der Neptunium-Stufe, eine neue WAA zu bauen, was kaum unter 10 Milliarden Euro kosten dürfte. Klar war man in militärischen WAAs weniger zimperlich, und entsprechend kostete die Pu-238-Produktion dort nicht ganz so viel. Aber die entsprechenden Anlagen sind in den USA wie in Russland weitgehend außer Betrieb genommen worden, und sind ohne politische Verwicklungen kaum wieder in Betrieb zu nehmen.

    Weiterhin ist auch Plutonium-238 – anders, als in vielen Quellen steht – sehr wohl spaltbar und prinzipiell zum Bau einer Atombombe geeignet. Nur mit thermischen Neutronen ist es nicht spaltbar, mit schnellen Neutronen hingegen sogar besser als Plutonium-239. Die für Plutonium-238 berechnete kritische Masse ist etwa gleich wie die von Plutonium-239. Entsprechend umfangreich dürften die Kontrollauflagen für jeden sein, der das Zeug in purer Form (und nicht nur vermischt, wie z.B. in MOX-Brennelementen) für „zivile“ Zwecke verarbeiten will.

    Auf die Gefahren, wenn bei einem Startunfall die RTGs aufbrechen und Plutonium-Staub freigesetzt wird, wurde bereits oft genug hingewiesen. Man bedenke, dass ein paar Kilo Plutonium-238 mehr Gefahr enthält als jeder der „Castoren“, die im Wendland für so viel Aufregung sorgen.

    Bei Kernreaktoren hat man hingegen das Problem mit dem Strahlenschutz. Das sollte sich aber mit einem Wall aus Marsgeröll weitgehend lösen lassen, wenn man nur mittlere Leistungen (z.B. 50 kW) installiert. Doch kriegt man dieselbe Leistung eben gefahrlos aus 1000 m² Solarmodulen – wieso soll man also nicht letztere benutzen?

    Pflanzlampen zu verwenden, ist angesichts des hohen Wirkungsgrads roter und blauer LEDs (jeweils bis 50%) durchaus sinnvoll. Grünes Licht, wo LEDs schlecht sind, braucht man eh nicht, weil die Pflanzen das kaum nutzen. Zumal man so auch die nötige thermische und radiologische Isolation besser hinkriegt, wenn man die Pflanzen in geschlossenen Räumen anbaut. Aber die 50 m² Anbaufläche halte ich trotz Mehrstöckigkeit, optimalem Licht, optimaler Temperatur und optimalem CO2-Gehalt für absolut überoptimistisch, dass damit alle Mars-Astronauten versorgt werden können …

    Kai

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