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Matthias Maurer testet Beton auf der Internationalen Raumstation – Parabel

Matthias Maurer bei der Durchführung des Betonexperiments MASON. (Quelle: ESA/NASA)
  • Matthias Maurer untersucht die Härte von Beton in der Schwerelosigkeit.
  • Klimaschutz durch effizientere Nutzung von Rohstoffen.
  • Experimente im All liefern Daten für technische Entwicklungen auf der Erde.
  • Das DLR kooperiert mit den Universitäten Köln und Duisburg-Essen.
  • Diese Erfahrung ist Teil einer kosmischen Kuss-Mission.

Köln, Deutschland (DLR PR) – Wie verhält sich frisch gegossener Beton in der Schwerelosigkeit? Und wie kann dies zum Schutz der Umwelt auf der Erde beitragen? Antworten auf diese Fragen suchte der deutsche ESA-Astronaut Matthias Maurer Anfang Februar 2022 im International Space Station Experiment „MASON/Concrete Hardening“, einem Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Universität zu Köln und der Universität Duisburg. -Essenand findet im Rahmen der Mission Cosmic Kiss statt.

Die globalen CO2-Emissionen betragen etwa 38 Gigatonnen (38.000.000.000 Tonnen). Drei Gigatonnen davon werden allein in der Zementindustrie produziert. Zement wiederum ist der Hauptbestandteil von Beton und derzeit der wichtigste Baustoff. Wenn durch moderne Verfahren der Einsatz von Beton verbessert werden kann, trägt dies zu einer besseren Klimabilanz bei.

Um die Raumstation vor Kontamination zu schützen, wird das Betonexperiment MASON in der Glovebox durchgeführt. (Quelle: ESA/NASA)

„Der Werkstoff Beton ist der Menschheit seit Jahrtausenden bekannt und birgt noch viele Rätsel für uns. Einige dieser Fragen wollen wir mit Matthias Maurer auf der Internationalen Raumstation klären“, sagt Professor Matthias Sperl vom DLR-Institut für die Physik der Materialien im Weltraum.

Warum wird auf der Internationalen Raumstation nach Beton gesucht?

Beton ist kein Material, das mit der Raumfahrt in Verbindung gebracht wird. Die Raumfahrt an Bord der Internationalen Raumstation eröffnet jedoch aufgrund der permanenten Schwerelosigkeit Einblicke in das Verhalten von Materialien, die in Laboratorien auf der Erde nur in sehr begrenztem Umfang gewonnen werden können.

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Neben dem Mischungsverhältnis und der Bewehrung (Bewehrung) ist die Erhärtung des Materials entscheidend für die Festigkeit von Beton. Der Erhärtungsprozess bestimmt die Anordnung der Bestandteile im Beton und die Verteilung der eingeschlossenen Luftblasen.

Die Verfestigung wird stark von der Schwerkraft beeinflusst. Daher ist es sehr wichtig, dass die Materialforschung untersucht, wie sich diese Mischung aus Sinterkalk und Ton sowie Sand und Wasser ohne diesen Effekt verhält. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis chemischer und physikalischer Prozesse. Diese Ergebnisse können zur Verbesserung der Mischungsverhältnisse genutzt werden, was letztendlich wertvolle Ressourcen spart.

So sieht ein Betonmischer auf der Internationalen Raumstation aus. (Credit: Julian Muller, Universität Duisburg-Essen)

Der Aushärtungs- und Trocknungsprozess von Beton kann Wochen und Monate dauern. Deshalb ist die Forschung auf der ISS so wichtig, weil nur hier die gleichen Langzeitbedingungen der Schwerelosigkeit (G) herrschen.

Die gewonnenen Daten aus den Experimenten von Matthias Maurer liefern auch die Grundlage und Referenzwerte für weitere Untersuchungen in terrestrischen Labors. Hier wird im sogenannten „Clinostat“ für kurze Zeit künstliche Schwerelosigkeit erzeugt.

„Wenn es uns gelingt, die Schwerelosigkeit zu simulieren, lassen sich künftig eine Vielzahl von Tests schneller, einfacher und kostengünstiger durchführen“, erklärt Professorin Martina Schenlenbach-Held vom Institut für Stahlbau (IFM) der Universität Duisburg. Aisen. Sie und ihr Team machten das Experiment möglich: durch die Entwicklung eines speziellen Betonmischers, der die strengen Sicherheitsanforderungen der Internationalen Raumstation erfüllt. Dies ist nur Handgröße – Beton wird von Hand gemischt.

Wie man auf Mond und Mars baut

Probe einer erhärteten Betonmischung im Labor. (Credit: Julian Muller, Universität Duisburg-Essen)

MASON (Search for Materials in Weightlessness on Concrete) hat trotz seiner irdischen Anwendung eine kosmische Komponente. Wenn die Menschheit ihre Pläne verwirklicht, eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond oder Mars zu errichten, müssen die Stationen aus solidem Material gebaut werden. Diese dient in erster Linie dem Schutz vor kleinen Meteoren und kosmischer Strahlung.

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Formeln, die bei Bauprojekten auf der Erde zur Berechnung der Gebäudestatistik verwendet werden, gehen immer von einer Gravitationskraft von 1 G aus. Auf dem Mond ist die Schwerkraft jedoch um ein Sechstel geringer und eine einfache Transformation, die zu einer stabilen Struktur führt, ist nicht sicher. Daher sind die im Rahmen von MASON gewonnenen Daten im wahrsten Sinne des Wortes ein wichtiger Baustein.

Die Grundbestandteile von Beton sind auf Mond und Mars nicht vorhanden, daher untersucht Astronaut Maurer auch Proben aus künstlichem Mondstaub.

Finanzen

Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR unterstützt mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) die wissenschaftlichen Arbeiten an der Universität zu Köln und der Universität Duisburg-Essen.