Neuer Treibstoff Raketen fliegen mit Eis und Aluminium

Ein neuartiger Raketen-Treibstoff könnte die Raumfahrt revolutionieren. Das überraschend simple Gemisch aus Wasser und kleinsten Aluminium-Partikeln soll umweltfreundlicher, sicherer und ebenso leistungsstark wie herkömmlicher Sprit sein. Zudem könnte es den Weg zum Mars ebnen.

AP / NASA

Es ist Jahrzehnte her, seit die ersten Raketen in den Himmel gestiegen sind - doch während sich die Flugkörper selbst rasant weiterentwickelt haben, sind die Treibstoffe heute weitgehend dieselben wie noch vor mehr als 50 Jahren. Jetzt aber könnte eine Mixtur aus Metall und Eis einen entscheidenden Fortschritt bringen. Er soll nach Vorstellungen seiner Entwickler Raketenstarts nicht nur sauberer machen, sondern könnte auch das Nachtanken an weit entfernten Zielen wie etwa dem Mars ermöglichen.

Der Treibstoff namens "Alice" (kurz für "Aluminium-Ice"), soll seine Energie aus der chemischen Reaktion zwischen Wasser und Aluminium erhalten. Zudem könnte der dabei entstehende Wasserstoff auch noch für andere Dinge gut sein - etwa für den Betrieb von Brennstoffzellen auf Langzeit-Raumflügen.

Forscher der Purdue University in West Lafayette (US-Bundesstaat Indiana) haben im August bereits eine rund drei Meter lange Rakete mit Hilfe des neuartigen Treibstoffs in den Himmel geschossen. Der Flugkörper erreichte nach Angaben der Universität eine Höhe von immerhin rund 400 Metern. "Damit haben wir bewiesen, dass das Konzept prinzipiell funktioniert", sagte Purdue-Professor Steven Son. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler unter anderem im Fachblatt "Proceedings of the Combustion Institute" veröffentlicht.

Alu-Partikel in Nanogröße

Der Schlüssel zur Kraft von "Alice" ist die geringe Größe der Aluminium-Partikel. Solche Teilchen werden bereits in Treibstoffen eingesetzt, etwa in den Feststoff-Booster-Raketen des Space Shuttles oder in den neuen "Ares"-Raketen der Nasa. Doch die Partikel sind meist wesentlich größer als jene, die in "Alice" zum Einsatz kommen. Die sind im Durchmesser lediglich rund 80 Nanometer klein, verbrennen deshalb schneller und ermöglichen eine bessere Kontrolle über den Rückstoß, so die Purdue-Forscher.

Die Alu-Partikel werden dafür mit Wasser zu einer zähen Paste vermischt. Sie wird in einen Zylinder mit einem Stab in der Mitte gefüllt und eingefroren. Ist die Masse hart, wird der Stab entfernt, so dass eine runde Aushöhlung zurückbleibt. Der Feststoff wird dann mit Hilfe eines kleinen Raketentriebwerks an der Spitze des Zylinders gezündet: Die heißen Gase strömen durch die zentrale Aushöhlung und sorgen dafür, dass das Alu-Eis-Gemisch gleichmäßig verbrennt. Die Wassermoleküle liefern den dafür notwendigen Sauerstoff.

Beim Verfeuern der Alu-Wasser-Mixtur entsteht hauptsächlich Wasserstoffgas und Aluminiumoxid, erklärt Timothée Pourpoint, einer der beteiligten Wissenschaftler. Deshalb handele es sich bei "Alice" um einen "grünen Treibstoff". "Im Vergleich dazu werden bei jedem Space-Shuttle-Start rund 773 Tonnen des Oxidadtionsmittels Ammoniumperchlorat in den Feststoffraketen verbraucht." Das führe unter anderem zur sofortigen Freisetzung von 230 Tonnen Salzsäure.

Treibstoff-Herstellung auf Mond und Mars?

Aber die Sauberkeit des Treibstoffs ist nicht sein einziger Vorteil. "Der Hintergrund ist, dass wir nach einer Technologie zur Langzeitspeicherung von Wasserstoff suchen", erklärt Son. "Wasser ist ein sehr stabiler Wasserstoffspeicher." Zudem könnte der "Alice"-Treibstoff zumindest theoretisch auch an weit entfernten Zielen wie etwa auf dem Mond oder dem Mars hergestellt werden, anstatt unter großem Kosteneinsatz dorthin transportiert zu werden. Denn das für die Herstellung notwendige Wasser ist auf dem Mars in jedem Fall vorhanden, auf dem Mond aufgrund neuester Forschungsergebnisse womöglich ebenfalls.

Inzwischen hätten sowohl die US-Weltraumbehörde Nasa als auch die amerikanische Luftwaffe Interesse an der Technologie gezeigt und die ersten Tests finanziell gefördert, teilte die Purdue University mit. Derzeit liege die Gesamtleistung von "Alice" noch leicht unter der von konventionellen Treibstoffen. Aber eines Tages könnte der neue Sprit "einige Flüssig- und Feststoffe ersetzen und sogar eine höhere Leistungskraft haben als konventionelle Treibstoffe", meint Pourpoint.

Zwar könne "Alice" nur gefroren benutzt werden, um den beim Raketenstart auftretenden Kräften zu widerstehen und um nicht frühzeitig zu reagieren. Doch das Einfrieren habe auch einen Vorteil, meint Pourpoint: "Alice" sei in diesem Zustand "extrem sicher, weil es schwierig ist, es versehentlich zu entzünden".

mbe

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