Einer der wertvollsten Besitztümer der Lancaster University wird in Bierfässern gelagert. In einem sorgfältig verschlossenen Labor stehen Reihen von Metallfässern auf Regalen, verbunden mit dünnen Kupferrohren. Die Behälter sind nicht mit edlem Bier gefüllt, sondern mit einem Gas namens Helium-3, einem der teuersten Materialien der Welt. Ein einziger Liter kostet grob 2.000 Dollar (1.500 Pfund), obwohl der Preis schwanken kann.
„Das Labor läuft seit etwa 50 Jahren. Damals war das Helium ziemlich billig“, sagt Dima Zmeev, leitender Dozent. „Unsere sehr weisen Vorgänger haben Vorräte angelegt.“ In naher Zukunft könnten mehr Menschen daran interessiert sein, solche Vorräte aufzubauen. Helium-3 hat Anwendungen in der Quantencomputing und Kernfusion. Die Hauptquelle dafür ist jedoch streng kontrolliert – es stammt aus Atomwaffen. Genauer gesagt aus dem Zerfall von Tritium, einer Form von Wasserstoff, in diesen Waffen.
Weltweit werden auf diese Weise wahrscheinlich Zehntausende Liter Helium-3 pro Jahr produziert, schätzt David McCollum, angesehener Wissenschaftler am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. Doch die zukünftige Nachfrage könnte dieses Angebot bei weitem übersteigen. Einige Unternehmer und Forscher sagen, wir brauchen neue Quellen für Helium-3. Es kommt im Boden vor, allerdings in sehr geringen Konzentrationen.
Proben von Mondstaub, oder Regolith, von den Apollo-Missionen deuten jedoch darauf hin, dass es dort in relativ hohen Konzentrationen vorhanden sein könnte. Daher sind nun Pläne im Gange, Helium-3 vom Mond zu gewinnen. Helium-3 ist ein Isotop des Heliums, definiert durch die Anzahl der Neutronen im Atomkern. Helium-4 mit einem zusätzlichen Neutron ist die vergleichsweise billige Version – ein Gas, das Kindergeburtstagsballons füllt.
Zmeev verwendet Helium-3 in physikalischen Experimenten. Zum Beispiel füllt er winzige Kammern damit, in einem Projekt zur Detektion einer Art mysteriöser Dunkler-Materie-Teilchen. Sollte ein solches Teilchen in eines der Helium-3-Atome stoßen, würde es sie alle zum Zittern bringen. Das erzeugt Wärme, und dieser leichte Temperaturanstieg kann gemessen werden. Das Helium-3 kann immer wieder verwendet werden.
Wissenschaftler mischen Helium-3 und Helium-4 bei sehr niedrigen Temperaturen, um die niedrigsten Temperaturen im bekannten Universum zu erzeugen, bis in den Millikelvin-Bereich (-273°C). Wenn sich Helium-3-Atome allmählich von einer verdünnten Mischung der beiden Isotope trennen, bilden sie eine reine Helium-3-Schicht oben. Diese Trennung ist ein Phasenwechsel, der Energie verbraucht und einen Kühleffekt hervorruft, ähnlich wie wenn Dampf von einer Tasse heißen Wassers verdunstet. Helium-3-basierte Kühlung, oder Verdünnungskühlung, ist entscheidend für Quantencomputer.
Und Helium-3 könnte auch in einigen Kernfusionsreaktoren verwendet werden, um eines Tages riesige Mengen sauberer Energie zu erzeugen. Ein Unternehmen, das Helium-3 vom Mond gewinnen will, ist Interlune mit Sitz in Seattle. „Wir haben die letzten vier Jahre damit verbracht, Technologien zu entwickeln, Prototypen zu bauen und zu testen… Wir haben ein Team von 30 Leuten, und es wächst“, sagt Rob Meyerson, Mitgründer und CEO. Meyerson war zwischen 2003 und 2018 Präsident von Blue Origin, Jeff Bezos‘ Raketenfirma.
Einer der Mitgründer von Interlune ist Harrison „Jack“ Schmitt, jetzt in den 90ern, der während der Apollo-17-Mission auf dem Mond spazierte. Er hat sich lange für die Gewinnung von Helium-3 aus Mondregolith eingesetzt. Interlune hat einige seiner Geräte während Parabelflügen getestet, bei denen ein Flugzeug in einem großen Bogen fliegt, um Schwerelosigkeit zu simulieren. Die Ausrüstung der Firma könnte bereits im Herbst 2027 in einen Mondlander integriert werden, sagt Meyerson.
Irgendwann will Interlune autonome, regolithschaufelnde Bagger auf dem Mond platzieren, um das pulvrige Material aufzunehmen und zu verarbeiten. Die Idee ist, den Regolith zu zerkleinern und zu durchmischen, um das darin enthaltene Helium-3 freizusetzen. Niemand weiß mit Sicherheit, welche Helium-3-Konzentrationen auf dem Mond vorhanden sind. Paul Burke vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory sagt, dass Apollo-Regolithproben auf dem Rückweg zur Erde etwas von ihrem Helium-3 verloren haben könnten, was unser Verständnis davon, wie viel dort ist, verzerrt. Außerdem