Revolution im All: Forscher sprengen Schwerkraft-Grenzen – Sauerstoff fürs All jetzt mit Magnet-Kraft statt

    Wussten Sie, dass im Weltall die Schwerkraft fehlt, die auf der Erde Sauerstoffblasen vom Wasser trennt? Wissenschaftler haben nun eine revolutionäre Methode entwickelt, bei der Magnetkraft diese Trennung übernimmt – ganz ohne komplizierte Technik. So könnten zukünftige Raumfahrtmissionen sicherer und effizienter gestaltet werden!

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    Astronauten brauchen Sauerstoff auf Raumstationen – künftig könnte Magnetismus die Gas-Trennung im All erleichtern

    Die Erzeugung von Sauerstoff im All ist für bemannte Raumfahrtmissionen essenziell – gleichzeitig aber auch technisch aufwendig. Auf der Internationalen Raumstation (ISS) wird Wasser per Elektrolyse gespalten, um Sauerstoff und Wasserstoff zu gewinnen.

    In der Schwerelosigkeit verhalten sich Gasblasen jedoch anders als auf der Erde: Sie verbleiben an den Elektroden, anstatt aufzusteigen.

    Das erschwert die Reaktion und reduziert die Effizienz deutlich.

    Dieser Sauerstoff ist lebenswichtig für die Astronauten, da er zum Atmen benötigt wird. Gleichzeitig muss der Wasserstoff sicher abgeführt werden, um Explosionen zu vermeiden. Deshalb ist eine effiziente Trennung der Gase entscheidend für die Sicherheit und das Überleben bei Langzeitmissionen ins All, etwa zum Mond oder Mars.

    Neue Lösung: Magnetismus ersetzt Mechanik

    Ein internationales Team von Forschenden hat nun einen neuartigen, passiven Ansatz entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Mit Magnetfeldern lässt sich die Gasblasenbildung und -trennung während der Elektrolyse steuern – ganz ohne bewegliche Teile oder zusätzliche Energieversorgung.

    Die Methode verspricht leichtere, wartungsärmere und energieeffizientere Systeme für zukünftige Missionen zum Mond oder Mars.

    Zwei physikalische Effekte im Fokus

    Die Forschenden machten sich zwei Effekte zunutze:

    • Lorentzkraft: Diese entsteht durch die Wechselwirkung von elektrischem Strom und Magnetfeld. Sie erzeugt eine Strömung, die Gasblasen von den Elektroden wegtransportiert.
    • Magnetische Polarisation: Diese basiert auf der unterschiedlichen magnetischen Anfälligkeit von Flüssigkeit und Gas und erzeugt eine Art „magnetischen Auftrieb“, der die Blasen gezielt zu Sammelpunkten bewegt.

    Erfolgreiche Tests im Fallturm

    Die Versuche wurden im Fallturm Bremen (ZARM) unter echten Mikrogravitationbedingungen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass handelsübliche Neodym-Magnete ausreichen, um die Effizienz der Wasser-Elektrolyse in Schwerelosigkeit deutlich zu steigern. In einem Fall wurde eine Erhöhung der Stromdichte um bis zu 240 % beobachtet – ein starker Hinweis auf eine verbesserte Blasenablösung.

    Zwei Prototypen zur Gasblasen-Trennung im All

    Für ihre Forschung entwickelten die Wissenschaftler zwei Prototypen, die unterschiedliche magnetische Effekte nutzen, um Gasblasen im Schwerelosigkeitsumfeld zuverlässig zu trennen – ganz ohne bewegliche Teile oder aufwändige Mechanik.

    1. Die erste Lösung ist eine PEM-Zelle (Protonenaustauschmembran), die ausschließlich auf die magnetische Polarisation der Flüssigkeit setzt. Dabei fließt kein Strom durch die Flüssigkeit selbst, was eine einfache und sichere Blasentrennung ermöglicht.
    2. Die zweite ist eine MHD-Zelle (Magnetohydrodynamik), bei der durch die Wechselwirkung von elektrischem Strom und Magnetfeld eine Lorentzkraft erzeugt wird. Diese versetzt die Flüssigkeit in eine Rotation, die Gas und Flüssigkeit durch eine zentrifugalähnliche Kraft trennt.

    Beide Systeme funktionierten in Mikrogravitation mit nahezu gleicher Effizienz wie auf der Erde – ohne mechanische Komponenten.

    Vorteile für die Raumfahrt

    Die magnetische Trennung bringt mehrere Vorteile:

    • Kein Bedarf an Pumpen oder Zentrifugen
    • Weniger Störanfälligkeit
    • Geringerer Energie- und Wartungsaufwand
    • Niedriges Gewicht – entscheidend für Raumflüge

    Der Stromverbrauch für die Flüssigkeitsbewegung lag im Test bei nur 0,1 mW, während die eigentliche Elektrolyse rund 2,7 W benötigt. Zudem konnte ohne Magnetfeld eine 12 % höhere Leistungsaufnahme festgestellt werden – ein Hinweis auf die Wirkung der Magnetfelder bei der Blasenvermeidung.

    Nächste Schritte: Langzeittests im All

    Die Forscher planen nun suborbitale Raketenflüge, um die Technik über längere Zeiträume zu validieren. Das Ziel: ein robustes, nachhaltiges Lebenserhaltungssystem für die bemannte Raumfahrt zu entwickeln.

    Quelle

    Akay, Ö., Monfort-Castillo, M., St Francis, T. et al. Magnetically induced convection enhances water electrolysis in microgravity. Nat. Chem. (2025).