Pykrete, vom Weltkriegs-Kuriosum zum Baustoff für den Mars

Falls der Mensch eines Tages den Mars betritt, wird er nicht nur eine neue Welt erkunden, sondern sie auch bebauen müssen. Doch welche Materialien eignen sich dafür? Eine alte Erfindung rückt plötzlich ins Zentrum futuristischer Raumfahrtarchitektur: Pykrete, eine Mischung aus Eis und Pflanzenfasern.

Quelle: marsicehouse

So stellt sich die US-Forschungsgruppe Mars Ice House die zukünftigen menschlichen Habitate auf dem roten Planeten vor. Ausserhalb des Wohnbereichs, der aus Pykrete besteht, überlebt der Mensch nur im Schutzanzug.

So futuristisch das mögliche, künftige Einsatzgebiet auch anmutet – Pykrete wurde bereits in den 1940er-Jahren von dem britischen Erfinder Geoffrey Pyke entwickelt. Ursprünglich sollte das Material schwimmende Flugzeugträger ermöglichen. Gefertigt aus einem Gemisch aus Wasser und Holzfasern, sollten diese stabil genug sein, um Bomben zu widerstehen und dabei auch nicht zu schmelzen. Das Projekt «Habbakuk» blieb jedoch ein Kuriosum des Zweiten Weltkriegs. Verwirklicht wurde die Idee nicht, da mit dem Ende des Krieges die  Bereitschaft schwand, eine gänzlich neue Technologie zu testen. 

Doch Pyke hatte unbeabsichtigt ein Material geschaffen, das gut 80 Jahre später wieder an Bedeutung gewinnt. Schliesslich gilt Pykrete als so stark wie Beton, so formbar wie Lehm und so umweltfreundlich wie Schnee. Daher erlebt das Material eine Renaissance – in den Projekten für künftige Marsmissionen. Mehrere Forschende glauben, dass es der ideale Baustoff für eine neue Lebenswelt auf dem fremden Planeten sein könnte.

Fasern sorgen für Unterschied

Seit der Entdeckung ausgedehnter Eisschichten unter der Marsoberfläche gilt Wasser auf dem roten Planeten als einer der wertvollsten Rohstoffe. Projekte wie Mars Ice House, der Gewinner der Centennial Challenge 2015 der US-Raumfahrbehörde NASA, zeigten erstmals, dass Eis selbst als Baumaterial dienen kann. Die Architekten des Projekts druckten mithilfe von Robotern eine Eiskuppel, die Licht durchlässt und gleichzeitig als natürlicher Schutz gegen Strahlung aus dem All dient.

Quelle: zvg

Geoffrey Pyke entdeckte 1940, dass Eis langfristig stabil bleibt, wenn es mit Fasern aus Holz, Gras oder Zellulose durchsetzt ist. So tüftelte der britische Erfinder während des Zweiten Weltkriegs an einem Flugzeugträger aus Eis. Er wurde nie gebaut.

Quelle: zvg

Hokuspokus oder visionäre Technologie? Habbakuk, der Flugzeugträger, an dem Geoffrey Pike arbeitete, im Bauplan.

Quelle: zvg

Der Querschnitt des Flugzeugträgers. Notabene plante Geoffrey Pikes Habbakuks Wände aus 40 Fuss respektive 12 Meter dicker Pykrete.

Doch reines Eis bleibt spröde. Es reisst leicht und verliert bei Temperaturschwankungen seine Stabilität. Hier kommt Pykrete ins Spiel. Durch die Beigabe organischer Fasern – etwa Zellulose, Holzstaub oder Pflanzenreste – wird das Eis zäher, flexibler und langlebiger. Nicht geeignet als Beigabe ist dagegen der massenhaft vorhandene Marsstaub, Regolith genannt. Er enthält diverse, giftige Partikel. Besonders problematisch ist die Grösse dieser Staubteilchen: Mit durchschnittlich drei Mikrometern sind sie klein genug, um tief in die Lunge einzudringen und dort ernsthafte Erkrankungen wie eine Staublunge zu verursachen.

Wie Stahl im Beton

Ein Experiment von Forschenden in den USA zeigte, wie stark Pykrete sein kann. In einfachen Drucktests erwies es sich – mit Toilettenpapierfasern als Beigabe – als fünfmal belastbarer, als wenn das Eis mit Grasschnitt versetzt worden wäre. Die Fasern wirkten im Eis wie Stahl im Beton, steht in Berichten darüber zu lesen. Zudem würden sie Spannungen abfangen und Brüche verhindern.

Quelle: Bart van Overbeeke

2014 baute ein Team der Technischen Universität im finnischen Juuka einen Pykrete-Dom.

Eine Bauweise mit Pykrete funktioniert so, dass ein synthetisches Iglu aufgeblasen wird. Dieses wird innen und aussen mit mehreren Lagen Pykrete überzogen. Es gibt aber auch die Variante, Iglus direkt aus Pykrete-Blöcken zu bauen. Darauf setzte die US-Forschenden-Gruppe  Mars Ice House bei ihrem gleichnamigen Projekt.

Transportkosten einsparen

Auf dem Mars wäre Pykrete mehr als ein cleverer Baustoff – es wäre ein Mittel zum Überleben. Denn auf dem roten Planeten sind alle Bestandteile verfügbar. Eis liegt im Boden, und Pflanzenfasern könnten aus recycelten Biomaterialien, Verpackungen oder Gewächshausabfällen stammen.

Das Ergebnis: ein leichtes, isolierendes und strahlungssicheres Baumaterial, das sich mit 3D-Druckverfahren direkt vor Ort herstellen liesse. Die Produktion wäre energieeffizient und ressourcenschonend. Das wäre angesichts der Kosten für Transporte im Weltraum ein entscheidender Vorteil. Denn jedes Kilogramm Fracht, das man von der Erde auf den Mars befördern muss, kostet mehrere Millionen Dollar.

Quelle: Bart van Overbeeke

Der Pykrete Dom im finnischen Juuka bei Nacht. Im Bild ist gut zu erkennen, wie per Schlauch die aufblasbare Iglu-Hülle mit Pykrete-Schichten überzogen wird.

«Pykrete vereint das Beste zweier Welten», kommentiert eine Architektin des Mars Ice House Teams. «Es ist einfach, aber unglaublich funktional. Und es erinnert uns daran, dass Hightech manchmal ganz elementar beginnt: mit Wasser und Fasern.»

Hilfreich für die Psyche

Neben seinen strukturellen Stärken bietet Pykrete eine weitere, kaum zu unterschätzende Qualität: Transparenz. Wasser, beziehungsweise Eis, lässt Licht durch, absorbiert aber gefährliche Strahlung. Somit könnte ein Pykrete-Dom eine helle, von Tageslicht durchflutete Wohnumgebung schaffen – ein entscheidender Faktor für das psychische Wohlbefinden in jahrelanger Isolation.

Architekten betonen, dass Mars-Habitate nicht nur funktionieren, sondern auch lebenswert sein müssen. Pykrete könnte dies ermöglichen. Eine Mars-Behausung aus Pykrete verspricht demnach, wie ein Bunker zu schützen und wie ein Gewächshaus zu wirken – ein Ort, an dem Menschen sehen, wachsen und vielleicht sogar träumen können.

Stadt der Zukunft im All

Langfristig liesse sich Pykrete zu einem skalierbaren Konstruktionssystem weiterentwickeln. Kombiniert mit robotergestütztem 3D-Druck könnten autonome Maschinen die ersten Module errichten, bevor Menschen den Planeten überhaupt betreten. Anschliessend könnten Wissenschaftlerinnen in solchen Eis-Habitaten über Jahre hinweg forschen, Pflanzen anbauen und vielleicht den Grundstein für die erste Marsstadt legen.

Was einst als skurrile Kriegsfantasie begann, könnte so zur Grundlage für eine neue Phase der Menschheitsgeschichte werden. Eis und Fasern – zwei der einfachsten Stoffe der Erde – könnten das Fundament für unser Leben im All bilden.

Quelle: Kr-val_wikipedia

Schlichtes Baumaterial mit vielen Möglichkeiten: Pykrete besteht, gemessen am Gewicht aus 86 Prozent Wasser und 14 Prozent Sägemehl oder anderen Fasern.

Pykrete ist weder futuristisch noch Science-Fiction – es ist eine realistische, nachhaltige und poetische Lösung für ein uraltes Problem: Wie der Mensch sich in einer feindlichen Umgebung ein Zuhause schafft. Wenn die ersten Menschen auf dem Mars eines Tages unter einer glitzernden Eis-Kuppel auf dem roten Planeten schlafen, wird das Material, das sie schützt, vielleicht aus nichts anderem bestehen als Wasser, Licht und ein paar Fasern Leben.