Künftige Astronautinnen und Astronauten auf dem Mars könnten dort mit Hilfe von Fotovoltaikanlagen und Wasserstoff genug Energie für ihre Mission erzeugen und speichern. Das ist das Ergebnis einer Studie, die im Fachmagazin »Frontiers in Astronomy and Space Sciences« erscheint. Noch sind zwar keine konkreten Pläne für eine sechsköpfige Marsmission bekannt. Die Kernspaltung gilt jedoch bisher als favorisierte Energiequelle für Menschen auf dem Mars, weil ein Atomreaktor relativ zu seiner Masse die meiste Energie erzeugt. Doch je nachdem, wo eine potenzielle Marsbasis auf dem Planeten errichtet werden würde, könnte Solarenergie eine echte Alternative zur Kernkraft darstellen.

Für die Studie haben sich Forscherinnen und Forscher um Anthony Abel von der University of California in Berkeley davon leiten lassen, wie viel Material potenzielle Astronautinnen und Astronauten mit zum Mars nehmen müssten. Bei der Kernkraft ist dieser Wert immer gleich, da es einem kleinen Reaktor egal ist, wo er auf dem Mars platziert würde. Die Forscherinnen und Forscher rechnen mit einer »Mitnahmemasse« von 9,5 Tonnen. Bei Solarzellen hingegen gibt es ähnliche Herausforderungen wie auf der Erde: Einerseits hängt es von der Menge an Sonnenlicht ab, wie viel Energie mit Fotovoltaik gewonnen werden kann. Andererseits geht auch auf dem Mars die Sonne am Ende jedes Marstags unter. Deshalb braucht man einen Energiespeicher.

Für sein Modell untersuchte das Team um Abel verschiedene Konfigurationen: die Energieerzeugung durch Kernkraft, Energieerzeugung durch Fotovoltaik mit anschließender Speicherung in Batterien, Energieerzeugung durch Fotovoltaik mit anschließender Speicherung dieser Energie in Form von komprimiertem Wasserstoff, der per Elektrolyse produziert wurde, sowie fotoelektrochemischen Zellen (PEC), die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten und deren Wasserstoff anschließend ebenfalls gespeichert werden könnte.

Was ist leichter zu transportieren: Ein kleines Kraftwerk oder eine Fotovoltaikanlage?

Die fotoelektrochemischen Zellen sowie die Fotovoltaikanlage unter Verwendung von Batterien erwiesen sich dabei in keinem Fall effizienter als die Kernkraft, was die zum Mars zu transportierende Masse betrifft. Aber bei Solarzellen, die durch Elektrolyse Wasserstoff erzeugen, der anschließend gespeichert werden könne, hätten potenzielle Astronautinnen und Astronauten ein geringeres Transportproblem – zumindest wenn sie ihre Marsbasis in der Nähe des Marsäquators errichten würden. Am Äquator betrüge diese Mitnahmemasse nämlich nur 8,3 Tonnen. In der Nähe der Pole des Mars hingegen steigt dieser Wert auf über 22 Tonnen. Etwaigen Marsbesucherinnen und -besuchern empfiehlt sich dann doch eher die »leichtere« Kernkraft.

Die Forschenden beachten in ihrem Modell zur Effizienz der verschiedenen Methoden zwar somit die unterschiedlichen Regionen auf dem Mars mit ihren unterschiedlichen Lichtverhältnissen sowie die Tatsache, dass auf dem Mars das Licht hauptsächlich von Staub gestreut wird und nicht von Wassermolekülen wie auf der Erde im nahen Infrarotbereich. Was allerdings in ihrer Analyse fehlt, ist das Wetter: Auf dem Mars gibt es teils monatelange, globale Sandstürme, während denen nur wenig Licht etwaige Sonnenkollektoren erreichen würde.