Het is een belangrijke stap op weg naar de kolonisatie van onze buurplaneet.

Het lijkt nu misschien nog ver weg, maar als het aan NASA ligt, koloniseren we op een dag de onherbergzame planeet Mars. Er komt alleen een hoop bij kijken als we daadwerkelijk onze stoffige buurplaneet willen gaan bewonen. Niet onbelangrijk is dat we natuurlijk zuurstof nodig hebben. Onderzoekers experimenten er met marsrover Perseverance dan ook lustig op los. En met succes. Want de Marsrobot bewijst nu eens te meer dat het produceren van zuurstof op de rode planeet wel degelijk tot de mogelijkheden behoort.

MOXIE
Dat Marsrover Perseverance erin slaagt zuurstof te produceren, is te danken aan het zogenoemde Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (kortweg: MOXIE). MOXIE is een instrument aan boord van Perseverance, dat gebouwd is om uit te vogelen of het mogelijk is om op de rode planeet zuurstof voort te brengen.

MOXIE. Afbeelding: NASA/JPL-Caltech

MOXIE is dan ook niet meer dan een prototype. Het instrument is klein van stuk omdat het aan boord van de rover moest passen en kan bovendien maar voor korte perioden draaien. Maar ondanks deze nodige compromissen heeft MOXIE aangetoond dat het op betrouwbare en efficiënte wijze zuivere zuurstof kan onttrekken aan de Martiaanse atmosfeer.

Hoe werkt MOXIE?
Allereerst zuigt MOXIE Marslucht naar binnen, waarna het door een filter gaat dat de lucht van verontreinigingen zuivert. Vervolgens wordt de lucht onder druk gezet en gesplitst. De atmosfeer van Mars bestaat namelijk grotendeels uit CO2. Koolstofdioxidemoleculen zijn opgebouwd uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen. MOXIE scheidt vervolgens de zuurstofatomen van het koolstofatoom. En op deze manier is er zuurstof geproduceerd. In dit proces ontstaat er echter ook een restproduct, namelijk koolstofmonoxide. Dat geeft het instrument weer terug aan de Martiaanse atmosfeer.

Sinds de landing van Perseverance in februari 2021, heeft het MOXIE-team het instrument gedurende het hele Marsjaar zeven keer opgestart. De eerste keer dat MOXIE zuurstof produceerde was in april vorig jaar. Toen produceerde het instrument 5,4 gram zuurstof, een enorme mijlpaal. De daaropvolgende runs waren gepland op een ander tijdstip van de dag of nacht en in verschillende seizoenen. Op die manier wilde het team testen of MOXIE ook herhaaldelijk, onder verschillende omstandigheden en in andere seizoenen in staat is zuurstof voort te brengen.

Boom
Het team komt nu met goed nieuws. Want MOXIE blijkt inderdaad in staat om op bijna elk moment van de dag en het gehele jaar door, zuurstof te vervaardigen. En hoe. Het instrument, dat slechts de omvang heeft van een broodtrommel, kan zo’n zes gram zuurstof per uur produceren. Voor je beeldvorming, dat is ongeveer net zo snel als een kleine boom op aarde.

Variabel
Het is een knappe prestatie. Zeker als je je bedenkt dat de atmosfeer van Mars veel variabeler is dan die van de aarde. “De dichtheid van de lucht kan door het jaar heen met een factor twee variëren,” merkt teamlid Jeffrey Hoffman op. “De temperatuur kan zelfs wel met 100 graden Celsius variëren. Eén van onze doelstellingen was dan ook om te bestuderen of MOXIE in alle seizoenen functioneert.”

Eén dingetje…
Dat blijkt inderdaad het geval. Al hebben de onderzoekers één dingetje nog niet bestudeerd. “We hebben het instrument nog niet bij zonsopgang en zonsondergang getest,” zegt Michael Hecht, hoofdonderzoeker van de MOXIE-missie. “Dit is namelijk het moment waarop de temperatuur aanzienlijk verandert.” En dus durfen de onderzoekers het tot nu toe nog niet aan om MOXIE aan deze uitdagende omstandigheden bloot te stellen. “We hebben nu echter een troef achter de hand,” zegt Hecht. “Zodra we het in het laboratorium hebben getest, kunnen we de laatste mijlpaal bereiken. Dan kunnen we zeggen dat we écht op elk moment zuurstof kunnen produceren.”

Martiaanse lente
Terwijl MOXIE onverstoorbaar met zijn veelbelovende taak doorgaat, denken ingenieurs op aarde na over hoe ze de capaciteit kunnen vergroten en de productie kunnen verhogen. De Martiaanse lente heeft met name potentie, dan zijn namelijk de atmosferische dichtheid en het kooldioxidegehalte hoog. “De volgende run doen we op het moment dat de dichtheid het hoogst is,” vertelt Hecht. “Het doel is om dan aanzienlijk veel zuurstof te produceren. We zetten daarom alle instellingen op ‘maximum’ en laten MOXIE zo lang mogelijk draaien.”

Opschalen
Het uiteindelijke doel is om MOXIE op te schalen. Deze grotere zuurstoffabriek moet nog meer zuurstof kunnen produceren en idealiter continu ‘aan’ staan. Onderzoekers stellen zich voor dat een dergelijke opgeschaalde versie van MOXIE naar Mars zou worden gestuurd voorafgaand aan een menselijke missie. Deze zou vervolgens zuurstof produceren met een snelheid vergelijkbaar met die van enkele honderden bomen. Met deze geproduceerde zuurstof hopen de onderzoekers niet alleen in de behoefte van alle Marskolonisten te voorzien, maar het zou ook kunnen dienen als raketbrandstof, wat een retourtje naar de aarde mogelijk maakt.

Als we ter plekke zuurstof kunnen produceren, is dat natuurlijk heel wenselijk. Aan transport vanaf de aarde hangt namelijk een fors prijskaartje. Maar MOXIE laat zien dat het mogelijk is om ‘van het land te leven’, oftewel de grondstoffen die op een andere planeet voorhanden zijn te benutten, in plaats van deze vanaf de aarde mee te torsen. “We moeten al zoveel spullen van de aarde meenemen, zoals computers en ruimtepakken,” somt Hoffman op. “Het zou natuurlijk ontzettend schelen als we zuurstof ter plekke kunnen maken. En nu laten we voor het eerst zien dat we daadwerkelijk hulpbronnen van het oppervlak van een ander planetair lichaam kunnen transformeren in iets dat nuttig zou zijn voor een menselijke missie. In die zin is dit historisch.”