Sauerborn, Markus: Pyrolyse von Metalloxiden und Silikaten unter Vakuum mit konzentrierter Solarstrahlung. - Bonn, 2005. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-05707
@phdthesis{handle:20.500.11811/2298,
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5N-05707,
author = {{Markus Sauerborn}},
title = {Pyrolyse von Metalloxiden und Silikaten unter Vakuum mit konzentrierter Solarstrahlung},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2005,
note = {In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine solarthermische Hochtemperaturpyrolyse von Mondgestein oder anderen Gesteinen im Vakuum zur Gewinnung von Sauerstoff prinzipiell möglich ist und welche Anforderungen sich für eine entsprechende Prozessanlage ergeben. Konkret wurde am Sonnenofen des DLR in Köln geprüft, ob sich, wie in theoretischen Studien vorgeschlagen, der Sauerstoff bei Prozesstemperaturen zwischen 1200 bis 1700 °C aus Mondstaub (Regolith) für die Raumfahrt extrahieren lässt [Sen 89].
Für die Pyrolyseexperimente wurde das basaltische Mondstaub-Simulat JSC-1 der NASA verwendet, das weitreichende Übereinstimmung mit Mare-Regolith besitzt, einem glasreichen Gesteinsstaub von den Ebenen des Mondes. Außerdem wurden zum Vergleich einige einfache Oxide (Siliziumoxid, Kalziumoxid, Zinkoxid) bestrahlt.
Die Proben wurden in einer speziell entwickelten Hochvakuumanlage mit dem konzentrierten Sonnenofenstrahl aufgeheizt. In der Hochtemperaturphase (T > 1000 °C) schäumte die silikatische Schmelze des Mondstaubs kräftig auf und erstarrte hauptsächlich zu Basaltglas mit zahlreichen eingeschlossenen Gasblasen. Während der Bestrahlungen wurde die Probentemperatur mit einer IR-Kamera verfolgt und das Verhalten u. a. des Sauerstoffpartialdrucks bzw. der Gaschemie innerhalb der Vakuumkammer mit einem Quadrupol-Massenspektrometer (QMS) überwacht. Metallische und suboxide Dämpfe sowie kleine Spritzer der Probenschmelze wurden für spätere Analysen auf einer Kühlfalle (T < 800 °C) in der Nähe der Probe aufgefangen.
Temperaturbeobachtungen und Gasanalysen zeigten, dass die Proben bei den Versuchen mit Mondstaub-Simulat i. d. R. zunächst bei Temperaturen zwischen 1200 °C und 1300 °C durchgehend schmolzen, und ab ca. 1425 °C eine Freisetzung von O2 einsetzte. Ein Vergleich mit Referenzexperimenten in der Versuchsanlage zeigte, dass dieser Sauerstoff von dem bestrahlten, basaltischen Mondstaub-Simulat stammte.
Die bestrahlten Proben aus Mondstaub-Simulat wurden mit Rasterelektronenmikroskop, Energiedispersive-Röntgenanalyse, Elektronenstrahl-Mikrosonde, Röntgen-Pulver-Diffraktometrie und Röntgen-Flureszens-Analyse untersucht. So wurde festgestellt, dass schon durch eine kurze Hochtemperaturphase (T > 1000 °C für ca. 1 min; mit maximale T > 1400 °C) ein Großteil der volatilen Elemente Na, K, und P aus der Schmelze ausgetrieben wurde. Auch der Sauerstoffanteil hatte sich bei allen bestrahlten Proben nachweislich verringert. In einem auskristallisierten Probenteil wurden Hinweise auf metallisches Eisen gefunden, was ein entscheidendes Indiz für eine Reduzierung der Basaltschmelze darstellt.
Die Ergebnisse der Gasanalysen und der mineralogischen Untersuchungen der bestrahlten Proben zeigen, dass die solarthermische Vakuumpyrolyse eine mögliche Verfahrenstechnik darstellt, die für die Sauerstoffgewinnung auf dem Mond einsetzbar ist.},

url = {http://hdl.handle.net/20.500.11811/2298}
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