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So kann man auf dem Mond Tomaten züchten

Ein Dresdner entwickelt das Gewächshaus fürs All mit. Wie das Gemüse am besten wächst, weiß er schon.

In Regalen und in einer Nährstofflösung sollen die Pflanzen in der Mars-Station wachsen.
In Regalen und in einer Nährstofflösung sollen die Pflanzen in der Mars-Station wachsen. © DLR

Eine Mittagssuppe aus frischem Kohlrabi auf dem Mond. Leckerer Tomatensalat zum Abendessen auf dem Mars. Dank eines Dresdner Wissenschaftlers ist das für die Menschheit in Zukunft wohl machbar. 

Paul Zabel, der an der Professur für Raumfahrtsysteme der TU Dresden im Mai promovierte, ist fürs Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter die Gärtner gegangen. Nicht im beschaulichen Kleingarten oder in der Parzelle hinterm Haus. Sein Gewächshaus steht in der Antarktis. Insgesamt fast 270 Kilogramm Obst und Gemüse hat er dort in neuneinhalb Monaten gezüchtet und geerntet. Härtetest für die Raumfahrt. Denn die Ergebnisse sind nun Grundlage für ein neuartiges Gewächshaus, das künftig auf dem Mond und dem Mars stehen soll.

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Im Container-Gewächshaus Eden-ISS züchtete Zabel am Südpol im vergangenen Jahr Tomaten, Gurken oder auch Kohlrabi. Alles ohne Erde, mit einer Nährlösung und unter künstlichem Licht. Dabei war er Teil der Überwinterungscrew der vom Alfred-Wegener-Institut betriebenen Antarktisstation Neumayer III. Wie Nahrung in Zukunft in Wüsten und kalten Regionen der Erde oder eben unter den lebensfeindlichen Bedingungen einer Raumfahrtmission angebaut werden kann, ist nicht nur für das DLR ein großes Thema.

In der Antarktis wird das Züchten von Pflanzen bereits erfolgreich getestet.
In der Antarktis wird das Züchten von Pflanzen bereits erfolgreich getestet. © DLR

Als Ergebnis des Antarktis-Versuchs haben Zabel und seine Kollegen des DLR nun ein neues Weltraumgewächshaus entworfen. Es ist für einen Start mit einer Falcon 9-Rakete konzipiert. In der Rakete selbst ist es noch zusammengefaltet. Erst nach der Landung entfaltet es sich und bietet dann genug Platz, um auf Mond und Mars frische Nahrung für die Astronauten zu produzieren. „Die Anbaufläche beträgt rund 30 Quadratmeter und ist damit fast dreimal so groß wie im Antarktis-Gewächshauscontainer“, erklärt Projektleiter Daniel Schubert vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. Damit lassen sich rund 90 Kilogramm frische Nahrung pro Monat züchten. Das entspräche einem halben Kilogramm Frischgemüse pro Tag und Astronaut, wenn sechs Astronauten vor Ort sind.

Doch das Gewächshaus vollbringt noch mehr. Es kann mit einem Biofilter-System verbunden werden, das aus Bioabfällen und Urin ein flüssiges Düngemittel für die Pflanzen herstellt. Damit wird das Gewächshauskonzept zu einem fast vollständigen bioregenerativen Lebenserhaltungssystem für zukünftige Stationen auf fernen Planeten. „Wir werden uns weiter intensiv mit dem Weltraumgewächshaus beschäftigen“, sagt Paul Zabel. Denn noch gibt es ein paar große Herausforderungen, für die Lösungen her müssen. Zum einen müsse die Technik einwandfrei funktionieren. „Wenn zum Beispiel Pumpen ausfallen, wäre das bei einer Mondmission katastrophal“, erklärt Zabel. Zweites Problem ist die Energie, die das Gewächshaus braucht. 

Beim Antarktis-Gewächshaus waren das 0,8 Kilowatt pro Quadratmeter Anbaufläche. Das überraschte die Forscher zwar positiv. Bisher waren nämlich 2,1 Kilowatt für Weltraumgewächshäuser angenommen worden. „Das ist ein wichtiger Aspekt für einen späteren Weltraumbetrieb und lässt uns zuversichtlich in die Zukunft dieser Idee schauen“, sagt Projektleiter Schubert. Doch es muss und soll noch weniger werden.

Paul Zabel hat in der Antarktis fürs Grün gesorgt.
Paul Zabel hat in der Antarktis fürs Grün gesorgt. © DLR

Paul Zabel beschäftigt noch ein anderer Punkt. Drei bis vier Stunden benötigte er in der Antarktis durchschnittlich pro Tag für den Anbau der Pflanzen: „Etwa zwei Drittel der Zeit war ich mit Betrieb und Wartung der Gewächshaustechnik beschäftigt, ein weiteres Drittel benötigte ich für Aussaat, Ernte und Pflege“, erzählt der Wissenschaftler. Für ein zukünftiges Weltraumgewächshaus müsse der Aufwand wertvoller Astronautenzeit noch deutlich reduziert werden. „Wenn dort sechs Astronauten leben, können sich nicht zwei ständig um die Pflanzen kümmern.“ Eine mögliche Lösung wären Roboter, die bei der Aussaat oder auch der Pflege helfen könnten. Inwieweit die Pflanzen das aber vertragen, müsse erst noch erforscht werden.

Wenn alles gut läuft, könnte in gut fünf Jahren ein Prototyp des Weltraumgewächshauses stehen – erst einmal auf der Erde. Dort soll alles für den Weltraum-Fall erprobt werden. Auch die Fernsteuerung des Systems. Das wurde im Mai bereits in der Antarktis getestet. Als Zabel Ende 2018 den Südpol verließ, war das Gewächshaus in eine Ruhephase versetzt worden. Im Frühjahr fuhren die Wissenschaftler von Bremen aus das System wieder hoch. 

Eine zuvor eingebrachte Aussaat begann zu wachsen. „Ein potenzielles Gewächshaus für Mond oder Mars wird voraussichtlich bereits vor den Astronauten eintreffen und idealerweise ferngesteuert seinen Betrieb aufnehmen“, erklärt Daniel Schubert den Hintergrund. Der Probelauf war ein Erfolg. Nun betreibt die aktuelle Überwinterungscrew der Neumayer-Station III das Gewächshaus weiter. Mit kräftiger Unterstützung aus dem Bremer Kontrollzentrum und von Paul Zabel. So viel wie möglich wird aus der Ferne überwacht, damit der Aufwand für die Wissenschaftler vor Ort überschaubar bleibt.

Animation des neuen Weltraumgewächshauses:

Das Beschäftigen mit den Pflanzen in solch einem Gewächshaus hat für Zabel auch wichtige psychologische Effekte. „Der Duft von Basilikum und Tomaten bei der Ernte wirkt beruhigend, wenn rundherum nur Schnee und kein Grün ist.“ Diese positive Wirkung könnten Pflanzen für den Menschen auch auf Mond oder Mars haben. Derzeit würde auch untersucht, ob sich schnell wachsende Pflanzen wie Bambus oder Gräser über ähnliche Anbausysteme wie im Eden-ISS-Container züchten lassen. Das würde im Weltraum noch mehr Grün und sogar Rohstoffe bedeuten, zum Beispiel für die Möbelherstellung. „Mit Bäumen wird es allerdings schwierig. Die wachsen zu langsam und das verbraucht zu viel Energie.“

Am Südpol wächst indessen Nasa-Gemüse. Die amerikanische Weltraumbehörde hat Paul Zabel extra gezüchtetes Saatgut zukommen lassen. Spezieller Salat, der sehr platzsparend wächst, Pak Choi und zwei Grünkohl-Sorten, die Astronauten wichtige Vitamine und Mineralien liefern sollen. „Diese Kooperation freut uns natürlich sehr“, sagt Zabel. Nächstes Jahr sollen auch Nasa-Tomaten und -Paprika im Antarktis-Container wachsen.

Sein Wissen rund um Gurke und Co. nutzt Paul Zabel derzeit zwar nicht im eigenen Garten. „Aber ich habe meiner Mama in diesem Jahr ein paar Tipps für ihre Tomaten gegeben“, sagt er und lacht. Dass durch seine Forschungen in zehn oder 30 Jahren Gemüse auf dem Mond wachsen könnte, macht ihn stolz. „Ich hoffe sehr, dass ich das irgendwann noch selbst sehen kann.“

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