Für eine Industrienation wie Deutschland sei ein Tag ohne Raumfahrt nicht mehr denkbar, sagt Volker Schmid vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Gespräch mit dem „Kölner Stadt-Anzeiger“. Doch warum ist das so? Welche wirtschaftlichen Potenziale stecken in der Schwerelosigkeit? Ein Stichwort lautet „In-Orbit-Manufacturing“ – Herstellung von neuartigen Werkstoffen und Materialien wie Legierungen, Halbleitern oder effizienteren Medikamenten. „Sie können dort oben Dinge produzieren, die sind hier unten nicht möglich. Das hat Game-Changing-Charakter“, sagt der DLR-Experte. 

Die Faszination in der Raumfahrt liegt also bei Weitem nicht allein darin, Menschen durch den Orbit fliegen zu sehen, sondern im Nutzen für die Menschheit und die Wirtschaft. „Wir fliegen für die Erde ins All. Um das Leben dort besser zu machen und den Planeten zu erhalten“, so Schmid. Auf der ISS und der potenziellen neuen Raumstation „Starlab“ wollen die Wissenschaft und insbesondere auch industrielle Player ihre Projekte vorantreiben. Hunderte Experimente pro Jahr seien dort möglich, Unternehmen könnten neue Produkte entwickeln. Der niedrige Erdorbit wird somit langsam ein Teil der irdischen Ökonomie.

Zum Beispiel kann man dort physikalische Abläufe, die auf der Erde von der Schwerkraft überlagert werden, erkennen. Etwa, indem man neue Metalllegierungen so weit erhitzt, dass sie flüssig werden, und sie danach wieder abkühlen und erstarren lässt. In der Schwerelosigkeit mischen sich auch Elemente, die es unter Schwerkrafteinfluss auf der Erde nicht machen. Deshalb betreiben Wissenschaft und Unternehmen Materialforschung im All. Davon profitiert die Industrie und im besten Fall auch die Erde und ihre Bewohner. Einige Beispiele:

Glasfaser-Effizienz

Aktuell gewinne die Herstellung von bestimmten Nischenprodukten wie Chips und Halbleitern an Bedeutung, so Schmid. Ein weiteres Beispiel sei die Produktion von Glasfasern „höchster Güte“, die eine deutlich höhere Übertragungsrate als die konventionellen irdischen Leiter hätten. Der Grund: Ohne Gravitation können das Gefüge oder die Kristalle bei Metallen während der Herstellung homogener wachsen. Das erhöht die Leistungsfähigkeit. Noch befindet sich die Produktion im Experimentstatus. Doch in automatischen Fabriken im Orbit sehen Hersteller ihre Zukunft.

Klimafreundlicher Beton

Bei seiner Mission im Jahr 2022 hat der deutsche Esa-Astronaut Matthias Maurer sich mit der Frage beschäftigt, wie sich frisch gegossener Beton in der Schwerelosigkeit verhält und wie die Antwort auf diese Frage zum Umweltschutz auf der Erde beitragen kann. 

Der Hintergrund: Bei der Herstellung von Zement, dem Bindemittel im Beton neben Sand und Wasser, entstehen große Mengen Kohlendioxid. Laut Experten emittiert die weltweite Zementproduktion mehr CO₂ als der weltweite Flugverkehr – etwa ein Siebtel des globalen Anteils, so Schmid. Verbessert man die Zusammensetzung und reduziert den Zementanteil, könnte nicht nur Kohlenstoffdioxid, sondern auch Material in der Baubranche gespart werden.

Ziel des Experiments, das Maurer in Zusammenarbeit mit Teams vom DLR, der Universität zu Köln und der Universität Duisburg-Essen durchführte, war deshalb die Suche nach optimalem Beton, der bei geringstmöglichem Materialeinsatz die höchste Tragfähigkeit gewährleistet. Die Erkenntnisse der verschiedenen Betonmischungen, die im Orbit unter Schwerelosigkeit ausgehärtet wurden, fließen auf der Erde in die Modellierung und in die Prozess-Steuerung ein. 

Virenschutz im Bus

Auch die Ausbreitung und Überlebensfähigkeit von Keimen auf unterschiedlichen Metalloberflächen kann im All besser untersucht werden als ausschließlich auf der Erde. Denn in der isolierten Umgebung eines Raumlabors und unter Weltraumbedingungen lassen sich Mikroorganismen besser untersuchen. Bei einem Experiment wurden jeweils drei verschiedene Metalloberflächen aus Kupfer, Messing und Chrom-Nickel-Stahl, glatt und mit feiner, gelaserter Oberflächenstruktur, verglichen, die mindestens einmal pro Tag über sechs Monate mit der Hand berührt wurden. Die dabei übertragenen Keime hafteten auf den Probeflächen. So wurde etwa auf dem Kupfer in Kombination mit den strukturierten Oberflächen eine deutliche biozide, also inaktivierende, Wirkung festgestellt. 

Die erhobenen Daten sind Teil der Grundlagenforschung und dienen gleichzeitig auch der Anwendung auf der Erde. Denn die Oberflächen können eine entscheidende Rolle im Kampf gegen gefährliche Mikroorganismen wie Viren oder multiresistente Bakterien im klinischen Umfeld, öffentlichen Leben oder Personenverkehr spielen – etwa dann, wenn Türgriffe oder Haltestangen in Bus und U-Bahn aus solchen Metalloberflächen hergestellt werden.

Stromsparen beim Handyladen

Der Electro Magnetic Levitator ist ein Schmelzofen, der auf der ISS für die Metallforschung eingesetzt wird. In Zusammenarbeit mit einem Stahlhersteller wurden dort neue Trafo-Legierungen untersucht, die das Brummen von Transformatoren vermeiden sollen. Was wie eine Kleinigkeit klingt, könne auf der Erde viel bewirken, sagt Schmid. Denn das Brummen stehe für einen deutlich hörbaren Energieverlust. Bei der Vielzahl an Transformatoren und Netzteilen weltweit kann dem DLR zufolge auch hierbei künftig durch effizientere Legierungen ein Beitrag für den Klimaschutz erzielt werden. „Stellen Sie sich mal vor, wie viele Netzteile es weltweit gibt, egal für welche Anwendung“: Ladekabel für Handys, Fernsehen, den Pürierstab bis zu Industrieanwendungen – alles, was Strom benötigt. „Wenn wir in Zukunft Netzteile produzieren, die nur ein Prozent besser sind, was den Energieverbrauch angeht, überlegen Sie sich mal, wie viel Strom wir da aufsummiert sparen könnten“, so Schmid.

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Er sagt aber auch: „Das alles ist noch keine Garantie dafür, dass alles sofort umgesetzt wird.“ Das neugewonnene Wissen durch Forschung im All muss im Anschluss von der Industrie und anderen Anwendern abgerufen und in geeignete Produkte überführt werden. Das Interesse sei aber da, riesige Konsortien und Zusammenschlüsse aus Wissenschaftlern und Unternehmen treiben Experimente und Modellprojekte für die Verbesserung von Technologien und Prozessen voran.

Verbundene Innovationen: Frachttransport, Mini-Labore und Weltraumflugzeuge

Auch neue Player wittern ihre Chance. In der New-Space-Szene entstehen zahlreiche Start-ups, schon allein, um die entsprechende Infrastruktur rund um den Betrieb von Raumstationen zu gewährleisten – sogenannte weltraumgestützte Anwendungen.

Das Marktpotenzial sehen auch Investoren. Viele bekannte Geldgeber setzen mit Millionen-Beträgen auf heimische New-Space-Start-ups, darunter das deutsch-französische Unternehmen The Exploration Company mit Sitz in Planegg bei München. Mit der Raumkapsel Nyx wollen sie sich um den Transport von Fracht in den Weltraum kümmern. 

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Auf die Entwicklung von Minilaboren fürs All hat sich das Start-up Yuri aus Meckenbeuren nahe dem Bodensee spezialisiert. Das Bremer Unternehmen Polaris, ein weiterer Hoffnungsträger der deutschen Raumfahrt, baut derweil an einem Weltraumflugzeug. Und das in Köln gegründete Start-up Neutron Star Systems beschäftigt sich mit elektromagnetischen Antriebssystemen für das Weltall.