Abstract
Da die fossilen Brennstoffe zur Neige gehen und der weltweite Energiebedarf steigt, ist der Bedarf an alternativen Energiequellen offensichtlich. Die Kernfusion mit Helium-3 könnte eine Lösung sein. Helium-3 ist auf der Erde ein seltenes Isotop, aber auf dem Mond ist es reichlich vorhanden. In der Weltraumgemeinschaft wird Helium-3 auf dem Mond oft als Hauptgrund für eine Rückkehr zum Mond genannt. Trotz des Potenzials des Helium-3-Bergbaus auf dem Mond wurde bisher nur wenig Forschung über eine vollständige End-to-End-Mission betrieben. In dieser Zusammenfassung werden die Ergebnisse einer Machbarkeitsstudie vorgestellt, die von Studenten der Technischen Universität Delft durchgeführt wurde. Ziel der Studie war es, zu beurteilen, ob eine kontinuierliche End-to-End-Mission zum Abbau von Helium-3 auf dem Mond und dessen Rückführung zur Erde eine realisierbare Option für den zukünftigen Energiemarkt darstellt. Die Anforderungen an die repräsentative End-to-End-Mission lauteten, 10 % des weltweiten Energiebedarfs im Jahr 2040 zu decken. Bei der Auswahl der Missionselemente wurden zahlreiche Kompromisse zwischen konservativen und neuartigen Konzepten eingegangen. Eine Missionsarchitektur mit mehreren entkoppelten Elementen für jedes Transportsegment (LEO, Transfer, Mondoberfläche) erwies sich als die beste Option. Es wurde festgestellt, dass das kritischste Element der Mondbergbaubetrieb selbst ist. Um 10 % des weltweiten Energiebedarfs im Jahr 2040 zu decken, wären 200 Tonnen Helium-3 pro Jahr erforderlich. Die daraus resultierende Regolithabbaurate würde 630 Tonnen pro Sekunde betragen, wenn man von einer optimistischen Konzentration von 20 ppb Helium-3 im Mondregolith ausgeht. Bei Verwendung des Mark III Miners der University of Wisconsin würden zwischen 1.700 und 2.000 Helium-3-Abbaufahrzeuge benötigt werden. Die erforderliche Heizleistung würde sich bei Tag- und Nachtbergbau auf 39 GW belaufen. Die daraus resultierende Masse des Energiesystems für den Mondbetrieb würde in der Größenordnung von 60.000 bis 200.000 Tonnen liegen. Eine Flotte von drei Mondauf- und -abstiegsfahrzeugen und 22 Fahrzeugen mit kontinuierlicher Schubkraft für den Transfer in die Umlaufbahn wäre erforderlich. Die Kosten für die Missionskomponenten wurden über die erwartete Lebensdauer verteilt. Die sich daraus ergebenden Gewinne aus der Helium-3-Fusion wurden unter Zugrundelegung eines prognostizierten Mindestenergiepreises im Jahr 2040 von 30,4 Euro/MWh berechnet. Die jährlichen Kosten liegen zwischen 427,7 und 1.347,9 Milliarden Euro, der erwartete jährliche Gewinn zwischen -724,0 und 260,0 Milliarden Euro. Aufgrund des großen Umfangs der Aufgabe wurde sie auch für die Bereitstellung von 0,1 % und 1 % des weltweiten Energiebedarfs im Jahr 2040 bewertet. Für 1 % liegen die jährlichen Kosten bei 45,6 bis 140,3 Mrd. Euro und die erwarteten jährlichen Gewinne bei -78,0 bis 23,1 Mrd. Euro. Bei 0,1 % liegen die jährlichen Kosten bei 7,7 bis 20,5 Mrd. Euro. Die erwarteten jährlichen Gewinne liegen bei -14,3 bis -0,8 Mrd. Euro. Die Durchführbarkeit wurde unter drei Aspekten untersucht. Technisch gesehen ist die Mission äußerst anspruchsvoll und komplex. Die meisten erforderlichen Technologien sind jedoch vorhanden oder könnten innerhalb eines angemessenen Zeitraums entwickelt werden. Aus politischer und rechtlicher Sicht bieten die derzeitigen internationalen Verträge kaum einen Rahmen für einen Mondbergbau. Finanziell gesehen wirft die Mission nur im besten Fall einen Nettogewinn ab, und das auch nur bei mittelgroßen bis großen Operationen, die sehr hohe Anfangsinvestitionen erfordern. Um die Nutzung von Helium-3 auf dem Mond zu ermöglichen, sollte sich die weitere Forschung auf den Bergbaubetrieb und die Kosten von Fusionsanlagen konzentrieren, da deren Auswirkungen alle anderen Elemente der Mission bei weitem übertreffen. Dennoch können verschiedene Transportkonzepte untersucht werden. Viele – nicht nur technische – Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Helium-3-Abbau sind noch zu bewältigen. Auch wenn diese Studie nur ein Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen ist, zeigt sie doch, dass Helium-3 vom Mond entgegen weit verbreiteten Behauptungen nicht geeignet ist, einen signifikanten Anteil des weltweiten Energiebedarfs im Jahr 2040 zu decken.