Der Bau von Marshabitaten könnte mit Bakterien effizienter sein

Der Mond war das Ziel des Weltraumrennens der 1960er Jahre, und heute ist er erneut im Fokus der Aufmerksamkeit des das neue Weltraumrennen zwischen den USA und China. Aber egal, wie viele Mondbasen gebaut werden, oder selbst wenn eine komplette industrielle Infrastruktur für ein Weltraumprojekt auf Erds Satelliten geschaffen wird, bleibt er ein bestrahlter, feindlicher, luftleerer Ort, der für das menschliche Leben unwirtlich ist.

Im Gegensatz dazu, trotz seiner viel größeren Entfernung und schwierigen Bedingungen, ist der Mars der Planet im Sonnensystem, der am wahrscheinlichsten jemals einen erfolgreichen Kolonisationsversuch erleben wird. Das liegt daran, dass der Planet bereits eine Atmosphäre hat, kürzlich wurde gezeigt, dass er tatsächlich wasserreich im Untergrund sein, und könnte große CO2-Reserven besitzen, die zur Verdichtung der Atmosphäre verwendet werden könnten.

Gleichzeitig scheint es, dass der rote Planet in der fernen Vergangenheit Leben beherbergt hat, oder sogar heute bakterielle Lebensformen im Untergrund haben könnte. Und einige der zähesten Arten von Moos und Flechten der Erde könnten dort sogar überleben.

Und das ist wirklich der Kern des Problems. Der Mars ist feindlich, aber er verfügt über Ressourcen und Bedingungen, bei denen eine leichte Veränderung ihn für Leben lebensfähig machen könnte, ein Prozess, der „Terraformation“ genannt wird. Zum Beispiel könnte Marsstaub aus Eisen-Nanoröhren verwendet werden, um die Temperatur gerade genug zu erhöhen, damit mikrobielles Leben gedeihen kann.

Allerdings würde jeder Terraformationsvorschlag, der auf orbitalen Megaprojekten (Orbitale Spiegel, künstlicher Magnetfeldschutz) oder dem Abbau von Millionen Tonnen Material beruht, auch eine massive lokale Bevölkerung erfordern, die ein solches Megaprojekt aufrechterhalten kann – eine Bevölkerung, die bereits in dieser harten Umgebung ums Überleben kämpfen würde.

Deshalb wenden sich andere Forscher selbstreplizierenden „Maschinen“, besser bekannt als Mikroben, zu, um den frühen Kolonisten die benötigten Materialien bereitzustellen, bevor die Terraformation eine ernsthafte Rolle spielt.

Die gemeinnützige Forschungsorganisation Pioneer Labs kündigte an, dass sie hat erstellt die “erste Mikrobe für den Mars” hat, die der ersten Marskolonie eine ausreichende Versorgung mit bewohnbarem Raum bieten könnte, bevor ein Mensch den Planeten betritt.

„Wir haben das beste Mikroben auf der Erde gefunden und die Evolution genutzt, um ihr beizubringen, alle ihre Nährstoffe direkt aus Marsmaterialien zu beziehen. Die ersten Astronauten werden mit einem sicheren Unterschlupf begrüßt, der bereits mit Wasser, Sauerstoff und Raketentreibstoff für die Rückreise gefüllt ist.“

Erika Alden DeBenedictis – CEO von Pioneer Labs

Pioneer Labs veröffentlichte seine Arbeit in einem wissenschaftlichen Papier mit dem Titel „Mars Seed: Eine Referenzarchitektur für die biotechnische Herstellung von Habitaten aus Marsressourcen“. Die Idee ist, Marsressourcen biologisch in das Biokunststoff Polyhydroxybutyrat (PHB) umzuwandeln, wobei die Landung nur einer Starship‑großen Rakete ausreicht, um die Materialien für die erste Marsbasis bereitzustellen.

Wie viel Material für eine Marsbasis

Schwerlast-Startsysteme wie die von SpaceX (SPCX ) Starship könnte das für zukünftige Mond‑ und Marsmissionen verfügbare Frachtvolumen erheblich erhöhen. Dennoch erfordert die Lieferung großer Nutzlasten zur Marsoberfläche nach wie vor Fähigkeiten wie In‑Space‑Betankung, zuverlässigen interplanetaren Transport und die sichere Landung schwerer Ausrüstung.

Eine bemannte Marsmission würde zudem einen anderen logistischen Ansatz als Apollo erfordern. Die Reise dauert Monate, und die Oberflächeninfrastruktur muss die Besatzung während ihres Aufenthalts unterstützen. Die lokale Herstellung von Wasser, Sauerstoff, Baumaterialien und möglicherweise Rückkehrtreibstoff könnte die Menge, die von der Erde transportiert werden muss, reduzieren.

Eine Möglichkeit besteht darin, alles, was die Astronauten benötigen, zum Mars zu bringen: Unterkünfte, Energieerzeugung, Nahrung usw. In diesem Konzept könnten höchstens Wasser und Sauerstoff vor Ort erzeugt werden, ein Verfahren, das „In‑Situ‑Ressourcennutzung“ („ISRU“) genannt wird.

Bestehende Missionsarchitekturen beinhalten bereits die Vorablieferung von Fracht und die lokale Ressourcennutzung. Das Mars Seed‑Papier diskutiert die Wissenschaftsstrategie der National Academies 2026, einschließlich seiner 30‑Cargo‑300‑Kampagne, die einen ersten kurzen Oberflächenbesuch, eine Frachmission und später eine langfristige bemannte Mission kombiniert. Solche Ansätze verdeutlichen, warum die Infrastruktur über mehrere Startfenster hinweg operieren muss, bevor sie eine erweiterte menschliche Präsenz unterstützt.

Zusätzlich zu ihrem hohen Schiff‑/Frachtaufwand würden diese Methoden nur schlecht skalieren, da jede nachfolgende Mission oder größere menschliche Präsenz immer mehr Frachtschiffe mit vorgefertigten Habitaten und anderem Material erfordern würde.

Bioproduktion auf dem Mars

Mikroben statt Maschinen

Anstatt komplexer Maschinen arbeitet Pioneer Labs an „Mars Seed“. Wie der Name schon sagt, soll ein erstes Schiff ein biologisches „Saatgut“ liefern, das anschließend eine kontinuierliche Versorgung für zukünftige Marsmissionen erzeugen kann. Idealerweise würden solche Lösungen keine von der Erde gelieferten Nährstoffe benötigen, und die Reinigung der Bioprodukte würde keine Verbrauchsmaterialien wie Harz erfordern, im Gegensatz zu den meisten bisher vorgeschlagenen Bioproduktionsverfahren.

„Eine End‑to‑End‑Referenzarchitektur ist erforderlich, die jeden Schritt von den marsianischen Ressourcen bis zum gereinigten Produkt berücksichtigt und ein Rahmenwerk schafft, um zu berechnen, wann der Einsatz des Gesamtsystems gegenüber dem Versand des Produkts selbst vorzuziehen ist.“

Pioneer Labs behauptet, ein solches Konzept entwickelt zu haben, mit 20 t Fracht, die zum Mars geschickt wurden und ausreichen, um 870 m² bewohnbaren Raum zu erzeugen.

Solche Habitate könnten Jahre und Jahrzehnte halten und lassen sich mit zusätzlicher Versorgung mit Biokunststoff leicht reparieren oder warten. Und noch wichtiger: Sie könnten jahrelang oder sogar jahrzehntelang mit minimalem Bedarf an neuer Ausrüstung weiterbetrieben werden.

„Die Produktion kann anschließend ohne Nachschub weitergehen, nur begrenzt durch die Lebensdauer der Ausrüstung. Die Mars Seed‑Bioproduktionsanlage etabliert einen skalierbaren Prozess zum Bau von Habitaten, der es ermöglicht, wissenschaftliche Nutzlasten und andere Verbrauchsgüter bei nachfolgenden Starts zu priorisieren.“

Insgesamt kann dieses Design nicht nur ausreichend Platz für eine erste Marslandung bieten, sondern die von ihm geschaffene Infrastruktur lässt sich über Jahre hinweg wiederverwenden und wird weiterhin weitere Materialien für spätere Erweiterungen produzieren.

Quelle: Pioneer Labs

Eine zweistufige Infrastruktur

Der erste Teil des Mars Seed ist nicht völlig unähnlich zu anderen Initiativen zur In‑Situ‑Ressourcennutzung (ISRU), wobei 20 metrische Tonnen Ausrüstung an einem Standort mittlerer Breite auf dem Mars landen, in der Nähe flacher Eisschichten.

Der „abiotische Teil umfasst robotische Systeme zum Entladen der Fracht und zum Aufbau eines 40 kWe‑Kernspaltungsreaktors, der die Energie zur Montage der übrigen Einrichtungen liefert. Einige weitere Einrichtungen werden ebenfalls eingerichtet:

• A Rodriguez /Rodwell well wird ausgehoben, um eine stetige Wasserversorgung zu schaffen.
• Ein Elektrolysesystem (vom Kernreaktor betrieben) wandelt atmosphärisches CO₂ in Sauerstoff und Acetat um.
• Marsregolith (Oberflächengestein) wird robotisch abgebaut und ausgelaugt, um Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Spurenelemente zu extrahieren. Dafür sollten etwa 800 kg Regolith pro Tag benötigt werden.

Quelle: Pioneer Labs

Dieser Schritt impliziert etwa 90 Tage, um den gesamten Betrieb aufzubauen.

Dann werden vier 1.000‑Liter‑erhitzte und -unter Druck stehende Bioreaktoren mit diesem Nährstoff‑, Acetat‑ und Wasser‑Feedstock gefüllt und mit einem gentechnisch modifizierten Mikrobenstamm inokuliert.

Quelle: Pioneer Labs

Das Mikroben erzeugt ein Bioplastik‑Polymer, das vom restlichen flüssigen Medium getrennt wird.

Die Bakterienkultur wird in bakterielle Biomasse getrennt, die mit Regolith gemischt und gedruckt wird, um eine dicke Schale zu bilden, die später unter zwei Metern Regolith für Strahlungs‑ und Wärmeschutz vergraben wird.

Der extrahierte und gereinigte Kunststoff wird 3D‑gedruckt, um eine druckfeste Innenhülle zu bilden, die das zukünftige menschliche Habitat von außen abgrenzt.

Quelle: Pioneer Labs

Zusätzlich zum Nährstoff‑Auslaugen erfordert die notwendige Menge von 3.200 kg/Tag eine robotische Kapazität von 4 t Regolith pro Tag, was innerhalb der Leistungsfähigkeit bereits konzipierter Rover wie Astrolab FLEX oder NASA‑s RASSOR liegt.

Schnell und effizient

Das erste Habitat sollte nach nur 210 Tagen gebaut sein. Nach etwa 50 Erdenmonaten (1.500 Sol) Betrieb erzeugt dieser Prozess 870 m² bewohnbare Fläche.

Im Allgemeinen gilt ein Habitat laut NASA als ausreichend für zwei Personen bei etwa 35 m² pro Person, sodass die 870 m² Oberfläche für eine relativ große Besatzung von bis zu 20‑24 Personen ausreichen.

Es ist zudem energieeffizient, da der 40 kWe‑Kernreaktor 130 kW Abwärme erzeugt, die zum Erwärmen der Bioreaktoren und zum Durchfließen des Brunnens mit geschmolzenem Eis genutzt wird.

Ähnlich erzeugt die Produktion von Acetat zur Ernährung der Bakterien überschüssigen Sauerstoff, der für die Ankunft der Astronauten gespeichert werden kann. Dies ist dem ursprünglichen MOXIE ‑Design (Mars Oxygen In‑Situ Resource Utilization Experiment) zur Sauerstoffproduktion auf dem Mars überlegen, das das entstehende CO als Abfallprodukt behandelt, während es hier zur Herstellung von Acetat und Sauerstoff verwendet wird.

Insgesamt ist die Elektrolyse bei weitem der energieintensivste Teil des Prozesses, wobei jeder andere Vorgang nur ein Drittel der insgesamt benötigten Energie verbraucht.

Quelle: Pioneer Labs

Die Reinigung des Kunststoffs kann mit superkritischem CO₂ durchgeführt werden, einem Molekül, das den Großteil der Marsatmosphäre ausmacht.

Schließlich ist das Auslaugen von Nährstoffen aus Regolith ebenfalls recht einfach und würde lediglich das Umrühren der Mischung erfordern, wobei nur 0,5 kW unter der Mars‑Schwerkraft verbraucht werden.

Quelle: Pioneer Labs

Insgesamt besteht jedes Element des Mars Seed‑Projekts aus bekannter Technologie und beruht auf bestehenden Maschinen oder bereits erstellten Prototypen, was das Risiko neuer und ungetesteter Technologien erheblich reduziert.

Es ist zudem ein bemerkenswert “masseneffizientes” Design, wobei der Kernreaktor die größere Komponente darstellt, eine Art Maschine, die ohnehin verschifft werden müsste, um den Astronauten Energie für Strom, Heizung, Nahrungsproduktion und Treibstoffherstellung zu liefern.

Quelle: Pioneer Labs

Der richtige Maßstab

Dieses Effizienzniveau stellt die Mars Seed in eine eigene Liga, wenn es um die Errichtung von Marshabitaten geht.

Zum Beispiel könnte eine Alternative darin bestehen, ein 1.000 kg schweres Kernkraftsystem sowie die notwendige Robotik für die Regolithmischung und Extrusionsinfrastruktur zu senden, mit einer Gesamtheit von 6.500 kg. Die verbleibende Masse von bis zu 20.000 kg kann verwendet werden, um Rohpolymer zu starten, was für 800–1.200 m² bewohnbare Fläche ausreichen würde.

Quelle: Pioneer Labs

Aber Mars Seed kann im Vergleich dieses Ergebnis in 1.400 (Einheiten) erzeugen, und dann setzt die Produktion von 2.100 m² bewohnbarer Fläche über einen Zeitraum von zehn Jahren fort, was dem Versand von 43.000 kg Extrusionsinfrastruktur und Polymermaterialien zum Mars entspricht.

Die kontinuierliche Produktion trägt zudem zu mehr Flexibilität bei, zum Beispiel indem sie Material für Reparaturen oder kleine Erweiterungen bereitstellt.

Alternativ ermöglicht das modulare Design des Systems auch ein “Mini‑Mars Seed”, das nur 210 m² Bodenfläche für eine sechsköpfige Besatzung schafft und dabei nur 40 % der Masse des Mars Seed benötigt. Dies würde nur einen Bruchteil des Gewichts und der Leistung des ursprünglichen Designs beanspruchen und diese Ressourcen für andere Anwendungen freigeben.

Quelle: Pioneer Labs

Umsetzung

Die richtigen Bakterien erzeugen

Das Team von Pioneer Labs begann mit Cupriavidus necator, einem Bakterium, das bioplastische Polymere wie Polyhydroxyalkanoate (PHAs) bis zu etwa 90 % der Trockenzellmasse in nur 24 bis 48 Stunden ansammeln kann (als Form der biologischen Energiespeicherung).

Ein Stamm dieses Mikroben, speziell ausgewählt wegen seiner Anpassung an Marsbedingungen und seines Wachstums durch Verwertung von Acetat, wurde gewählt. Er wurde erfolgreich unter marsähnlichen Bedingungen in einem 550 kg‑Bioreaktor kultiviert, der aus einer dreimillimetrigen Außenschale aus 316‑Edelstahl, Pumpen, Instrumentierung und einem Kohlefaser‑Traggestell besteht.

Ein wichtiger Aspekt ist zudem, dass dieses Bakterium außerhalb des Bioreaktors völlig nicht überleben könnte.

„Wir haben einen Organismus ausgewählt, der bei menschlicher Ernährung und im Inneren eines Bioreaktors auf dem Mars äußerst nützlich wäre, aber keinerlei Chance hat, außerhalb zu wachsen. Wir haben sogar gemessen, wie tot dieses Mikroben wäre, wenn es den Grenzen seines Bioreaktors entkommen würde. sPL.001 wird durch die harten Bedingungen auf dem Mars schnell sterilisiert.“

Das ist wichtig, da wir noch nicht sicher sind, ob nicht‑einheimische Lebensformen auf dem Mars existieren. Daher bleibt die Vermeidung von Kontamination eine strenge Richtlinie der NASA.

„sPL.001 ist ein nützliches Werkzeug für Menschen im Rahmen des Lebens auf dem Mars, hat jedoch keinerlei Chance, den Mars eigenständig zu terraformen. Wenn die Menschheit den Mars terraformt, ist es wichtig, dass dies bewusst und nicht aus Versehen geschieht.“

Umgang mit Marsproblemen

Die Bioreaktoren sind so konzipiert, dass sie die Bakterien vor Kälte, niedrigem Druck und Strahlung schützen, die die Marsoberfläche selbst für solch resistente Organismen tödlich machen.

Allerdings musste das Design ein weiteres Risiko berücksichtigen: Perchlorate. Diese Verbindungen sind stark oxidierend und werden häufig als Grund dafür genannt, dass der Marsboden „toxisch“ ist. Und es stimmt, dass die meisten Pflanzen Schwierigkeiten hätten, sich an die in marsianischem Regolith vorkommende Konzentration anzupassen.

Mars Seed beabsichtigt jedoch, 400 g Regolith mit einem Liter Wasser zu mischen; dies erzeugt eine nicht zu vernachlässigende Perchloratkonzentration, jedoch keine Konzentration, die das von Pioneer Labs eingesetzte Mikroben nicht bewältigen kann (30 mM).

Ein weiteres Problem mit Perchlorat könnte der Restgehalt im Behälter nach der Reinigung sein. Pioneer Labs erkennt an, dass dies ein unbekannter Faktor ist und dass weitere Studien nötig sein könnten, um zu prüfen, ob das Endprodukt menschlich sichere Werte erreicht.

Über Baumaterialien hinaus

Auf der Erde ist die Biofermentation ein Schlüsselbestandteil bei der Herstellung vieler Chemikalien und industrieller Prozesse.

Die erste Verbesserung könnte die Herstellung anderer nützlicher Kunststoffe sein, einschließlich solcher aus anderen Bakterienarten.

„Durch Gentechnik kann C. necator eine Reihe verschiedener Biokunststoffe produzieren, wie z. B. längerkettige PHAs oder PHA‑Co‑Polymere, ähnlich wie PLA, die die potenziellen physikalischen Eigenschaften des resultierenden Materials erweitern und flexible oder gummiartige Polymere ermöglichen.“

Andere Organismen könnten ebenfalls zur Herstellung rekombinanter Proteine, Isopropanol, Terpene, 2,3‑Butandiol und Acetoin verwendet werden.

Eine weitere Möglichkeit könnte darin bestehen, Zucker anstelle von Acetat als Rohstoff für den Bioreaktor zu verwenden. Dies erfordert jedoch die Einrichtung einer parallelen Produktionslinie für Zucker, entweder durch Algenkultivierung oder einen chemischen Prozess. Ähnlich könnten wasserstoffoxidierende Mikroben direkt von Wasserstoff und CO₂ leben, aber auch hier muss eine parallele Versorgungskette für Wasserstoff (Elektrolyse aus Wasser?) aufgebaut werden.

Später könnte die In‑situ‑Herstellung von Pharmazeutika und rekombinanten Proteinen in Bioreaktoren Importe von der Erde vermeiden, doch solche Produktion erfordert häufig spezialisierte Verbrauchsmaterialien (Harze, Membranen, Lösungsmittel, Adsorbentien), die dann importiert oder ebenfalls vor Ort hergestellt werden müssten.

Fazit

Was den von Pioneer Labs vorgeschlagenen Mars Seed‑Bioreaktor revolutionär macht, ist weniger sein technisches Design, sondern dass er auf bekannter Technologie basiert.

Wir erreichen endlich ein Stadium, in dem die kontinuierliche lokale Produktion von Materialien für die Mars‑Erforschung als ein Projekt betrachtet werden kann, das theoretisch eingesetzt werden könnte, sobald SpaceX eine zuverlässige In‑Orbit‑Betankung seiner Starship‑Rakete erreicht – was möglicherweise nur wenige Monate, höchstens ein paar Jahre entfernt ist.

Darüber hinaus benötigt das vorgeschlagene Design nur 20 Tonnen Fracht, was deutlich weniger ist als die Kapazität der meisten modernen wiederverwendbaren Raketen zum Mars. Je nach Budget könnte das Überleben auf dem Mars daher kein begrenzender Faktor mehr für die Erkundung des Roten Planeten sein. Stattdessen ist die Entwicklung sicherer bemannter Reisen für 6–18 Monate das letzte Hindernis, das es zu überwinden gilt.

Wahrscheinlich wird der nächste wichtige Schritt darin bestehen, ein Verfahren für eine zuverlässige In‑situ‑Nahrungsmittelproduktion zu entwickeln, die nach Treibstoff, Habitat und Wasser die schwerste Ware ist, die eine zukünftige Marsbasis und Marskolonien benötigen.

Sobald diese vier Produktionszweige eingerichtet sind, wahrscheinlich mit einer Kombination aus Kernenergie und Bioreaktoren, kann der Großteil der 100 Tonnen Fracht einer Starship‑Rakete für Besatzungen, wissenschaftliche Instrumente und weitere wichtige Ausrüstung verwendet werden.

In dieser Hinsicht bedeutet das zudem, dass abgesehen von der Reisezeit die Erkundung des Mars paradoxerweise einfacher sein könnte als der Bau von Basen auf dem Mond, wo das Fehlen von Wasser und Atmosphäre eine harte Grenze für die menschliche Präsenz setzt.

Investitionen in die Weltraumerforschung

SpaceX

In den letzten Jahren hat kein anderes Unternehmen oder keine Institution so stark dazu beigetragen, das Interesse an der Weltraumerforschung wiederzubeleben wie SpaceX.

Das liegt daran, dass das Unternehmen das erreicht hat, was lange für unmöglich gehalten wurde: vollständig wiederverwendbare Raketen. Das hat die Kosten für den Erreichen der Erdumlaufbahn um einen Faktor von zehn reduziert, und das noch bevor die regulären Flüge von SpaceXs neuester Rakete, dem Starship, stattfinden – einer superschweren Rakete mit einer Nutzlastkapazität von 100 Tonnen, bei einer späteren Version potenziell bis zu 200 Tonnen.

Quelle: Visual Capitalist

In Kombination mit der sich in Entwicklung befindlichen Betankung im Weltraum macht dies das Starship zur idealen Rakete, um Hunderte Tonnen Fracht für etablierte Mond‑ und Marsbasen zu transportieren.

Das Unternehmen hat kürzlich ihr lang erwartetes IPO durchgeführt, das sich als das größte in der Geschichte herausstellte, mit einer Bewertung von damals 1,75 Billionen $.

Zusätzlich zu Raumstarts für Privatkunden und öffentliche Institutionen (NASA, US Space Force usw.) entwickelt sich SpaceX auch zu einem bedeutenden Telekommunikationsunternehmen mit seinem Starlink‑Internet‑Satellitensystem, das inzwischen mehr als die Hälfte aller je in die Umlaufbahn geschickten Satelliten ausmacht.

Quelle: ARK Invest

Neben Raketentechnik und Telekommunikation ist SpaceX inzwischen auch ein führendes KI‑Unternehmen, nachdem es xAI (das auch das soziale Netzwerk X.com besitzt) vor dem IPO übernommen hat. Die Verbindung zwischen Raumfahrt und KI ist nicht nur ein Trend, denn SpaceX plant, orbitale KI‑Rechenzentren zu starten, die von geringeren regulatorischen Auflagen und ständig verfügbarem Sonnenlicht profitieren und Rechenleistung zu einem niedrigeren Preis als bodengebundene KI‑Rechenzentren anbieten sollen.

Die Fusion mit xAI hat zudem Gerüchte über eine zukünftige SpaceX‑Tesla‑Fusion ausgelöst, die alle Unternehmen von Elon Musk unter einem Dach zusammenführen würde.

All diese Faktoren machten das SpaceX‑IPO zu einem der am meisten beobachteten und diskutierten Ereignisse im Finanzwesen im Jahr 2026. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels hat sich der anfängliche Boom und anschließend fallende Aktienkurs etwas beruhigt und ist von den Tiefstständen im August 2026 wieder angestiegen.

Investoren in SpaceX müssen nicht nur feststellen, ob das Unternehmen technisch beeindruckend ist (was angesichts seiner bisherigen Erfolge selbstverständlich ist), sondern auch, ob das zukünftige Umsatzwachstum von Starlink und KI‑Rechenzentren die relativ hohe aktuelle Bewertung im Verhältnis zu den derzeitigen Gewinnen rechtfertigt.

(Sie können mehr über SpaceX in unseren Artikeln über das IPO des Unternehmens und die unmittelbare Nachverfolgung)

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