Windenergie könnte menschliche Behausungen auf dem Mars antreiben

Laut einer Studie, die das NASA Ames Mars Global Climate Model verwendete, um die kurzfristige und saisonale Variabilität der Windenergie zu berechnen, die von Windkraftanlagen auf dem Roten Planeten erzeugt würde, könnte Windenergie dazu beitragen, menschliche Missionen auf dem Mars anzutreiben. Angeführt von der NASA Viktoria Hartwick, schlägt das Forschungsteam vor, dass der Wind allein ausreichend Energie liefern oder in Verbindung mit Solar- oder Atomkraft genutzt werden könnte.

Der Erfolg einer bemannten Mission zum Mars würde von vielen Faktoren abhängen, einschließlich der Standortwahl. Frühere Studien zur Realisierbarkeit von Standorten konzentrierten sich auf den Zugang zu physischen Ressourcen, einschließlich der Verfügbarkeit von Wasser oder Unterkünften, und berücksichtigten nicht unbedingt die Energieerzeugungsfähigkeiten potenzieller Standorte. Während Solar- und Kernenergie als marsianische Energiequellen viel erforscht wurden, birgt Kernenergie potenzielle Risiken für den Menschen, und aktuellen Modellen von Sonnensystemen fehlt die Energiespeicherfähigkeit, um Tag-/Nacht- (Tages-) und saisonale Schwankungen in der Erzeugung auszugleichen. Es ist daher ratsam, eine alternative Quelle wie Wind für eine stabile Energieerzeugung in Betracht zu ziehen.

Weniger kraftvoll, aber immer noch nützlich

Windenergie ist am effizientesten, wenn die Atmosphären dick sind, aber die geringe atmosphärische Dichte des Mars bedeutet, dass der Wind auf dem Planeten deutlich weniger Kraft erzeugt als der Wind auf der Erde. Aus diesem Grund wurde der Marswind nicht als brauchbare Energiequelle angesehen. Hartwick und Kollegen haben diese Annahme in Frage gestellt und gezeigt, dass tages- und jahreszeitliche Schwankungen der Sonnenenergie durch Windenergie ausgeglichen werden könnten. Hartwick sagt, dass sie „überrascht waren festzustellen, dass die Winde trotz der dünnen Atmosphäre des Mars immer noch stark genug sind, um auf großen Teilen der Marsoberfläche Energie zu erzeugen“.

Die Studie legt nahe, dass Wind in Kombination mit anderen Energiequellen wie Solarenergie zur Steigerung der Stromerzeugung beitragen könnte. Dies könnte besonders während lokaler und globaler Staubstürme hilfreich sein, wenn die Sonnenenergie abnimmt und die verfügbare Windenergie zunimmt. Wind wäre auch nachts und um die Wintersonnenwende herum eine nützliche Ressource.

Kombiniertes System

Das Team untersuchte ein hypothetisches Stromerzeugungssystem, das aus Sonnenkollektoren und einer Enercon E33-Windturbine besteht. Letzteres ist eine mittelgroße kommerziell erhältliche Anlage mit einem Rotordurchmesser von 33 m und einer Nennleistung von 330 kW auf der Erde. Hartwick und Kollegen berechnen, dass die Turbine auf dem Mars mit einer durchschnittlichen Betriebsleistung von etwa 10 kW betrieben werden könnte

Die Berechnungen des Teams zeigen, dass die Turbine den Prozentsatz der Zeit, in der die Leistung des kombinierten Systems 24 kW übersteigt, von 40 % (Solaranlagen allein) auf 60-90 % (Solar plus Wind) erhöhen würde. Der Wert 24 kW ist signifikant, da er als Mindestleistungsbedarf zur Unterstützung einer Mission mit sechs Besatzungsmitgliedern gilt.

Obwohl die Studie zeigt, dass Winderzeugung möglich ist, wäre dies nur sinnvoll, wenn dies an Orten auf dem Mars erfolgen könnte, die für die menschliche Besiedlung geeignet sind. Frühere Arbeiten berücksichtigten Geologie, Ressourcenpotenzial und technische Einschränkungen, um Landeplätze zu bewerten. Unter Verwendung dieser Kriterien hat die NASA Human Landing Site Study 50 potenzielle Regionen von Interesse identifiziert. Diese Studie berücksichtigte nicht die regionale Energieverfügbarkeit, die über einfache Breitengrad- und Verschattungsüberlegungen für Solarenergie hinausgeht. Hartwick glaubt daher, dass Windkraft es ermöglichen könnte, mehr Regionen für die Exploration und Besiedlung in Betracht zu ziehen.

Mehr Möglichkeiten

„Durch die Nutzung von Wind in Kombination mit anderen Energieressourcen“, sagt Hartwick, „können möglicherweise einige zuvor verworfene Regionen des Planeten erschlossen werden, zum Beispiel die mittleren Breiten des Mars und die Polarregionen, die wissenschaftlich interessant und wichtiger sind unterirdische Wassereisreservoirs.“ Diese Standorte wären nicht lebensfähig, wenn Solarenergie die vorherrschende Energiequelle ist.

Hartwick schlägt vor, dass Stabilität die wichtigste Überlegung für die Stromversorgung zukünftiger bemannter Missionen zum Mars ist – es muss viel unterbrechungsfreie Energie erzeugt werden. Die Verwendung einer Kombination aus Windkraftanlagen und Solaranlagen könnte es ermöglichen, Missionen auf einem großen Teil des Planeten zu lokalisieren.

Windkraft könnte auch die Art und Weise revolutionieren, wie Menschen anderswo im Sonnensystem Energie gewinnen. Hartwick sagt, sie sei „besonders daran interessiert, das Energiepotential auf einem Mond wie Titan zu sehen, der eine sehr dichte Atmosphäre hat, aber kalt ist“. Dennoch ist noch interdisziplinäre Arbeit zu leisten – insbesondere aus luftfahrt- und ingenieurwissenschaftlicher Sicht –, um die betriebliche Effizienz und die technische Realisierbarkeit zu bestimmen.

Verschiedene Turbinen

Während sich der Hauptteil der Forschung auf die Enercon E33 konzentrierte, untersuchte das Team auch verschiedene Größen von Turbinen, die von Mikroturbinen für kleine Einfamilienhäuser bis hin zu Industriestandard-Turbinen mit 5 MW (auf der Erde) und mehr reichten. Die Verwendung solcher Systeme könnte von der Bereitstellung von Energie für Oberflächenlebensräume und Lebenserhaltungssysteme bis hin zur Wartung wissenschaftlicher Ausrüstung reichen. Ein weiterer Faktor, der berücksichtigt werden muss, ist der Transport von Windturbinen und zugehörigem Material zum Mars – ein Prozess, der die durch den interplanetaren Raum geschickte Masse minimieren müsste. Während dieser Transport Aushubausrüstung umfassen müsste, gibt es einige Hinweise darauf, dass Marserde als Ersatz für den Beton verwendet werden könnte, der zur Verankerung von Turbinen auf der Erde verwendet wird.

Der lange Weg zum Mars

Da weitere potenzielle Landeplätze auf dem Mars identifiziert werden, könnten zukünftige Studien hochauflösende Simulationen umfassen, um besser zu verstehen, wie sich spezifische Topografie und Oberflächenbedingungen auf den Wind auswirken. Dies könnte die Fähigkeiten zukünftiger Raumfahrtoperationen verändern. Hartwick sagt, dass dies „wirklich der Goldstandard ist, wenn wir den Energiebedarf für eine mögliche bemannte Mission zum Mars berücksichtigen“.

Die Forschung ist beschrieben in Natur Astronomie.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/wind-energy-could-power-human-habitations-on-mars/