Jedenfalls sollte wohl klar sein, dass beträchtliche Energien erforderlich sind, um freien Sauerstoff aus dem Mondstaub zu gewinnen. Wobei der tatsächliche technische Aufwand wegen der Nutzlosigkeit eines solchen Verfahrens hier auf der Erde bislang noch ziemlich unerforscht ist.
Übrigens, anders als auf der Erde, besteht Eisenoxid auf dem Mond kaum aus
Magnetit (Fe3O4), sondern aus dem maximal reduzierten
Wüstit (FeO).
Reduction of Iron Oxides with Hydrogen - A Review
Wobei der Begriff "beträchtlich" natürlich sehr relativ ist.
Denn es stehen auch "beträchtliche" Mengen an Solarenergie zur Verfügung.
Der Vergleich mit der Erde hat seine Grenzen, denn hier interessiert ja das Metall, während auf dem Mond eher der Sauerstoff gewünscht wird.
Das mit dem Wüstit (FeO) ist korrekt, wobei es vor allem in Form von Ilmenit (FeTiO3) vorkommt. Kann man als FeO+TiO2 schreiben.
Ich würde Wüstit ausserdem eher als "minimal oxidiert" bezeichnen, denn "maximal reduziert" wäre ja das reine Fe.
Dafür haben wir ja Thorsten um das zu ändern

Es ist ja schon einiges an der Mondsauerstofferzeugung erforscht worden, und es gibt natürlich jede Menge Konzepte.
Man kann die ganz grob nach Temperaturbedarf einteilen:
Die höchsten Temperaturen mit weit über 2000°C benötigen die
Vapor Phase Reduction Prozesse. Da wird "einfach" auf Teufel-komm-raus erhitzt, wobei der Regolith verdampft und dann dissoziiert. Vorteil ist, dass jeder Regolith verwendet werden kann und dass man ausser dem Apparat wirklich nix von der Erde bringen muss (keine Verbrauchsstoffe). Aber die hohen Temperaturen sind natürlich selbst für einen Supersolarkonzentrator prohibitiv, vom Quenchen (um die Rückreaktion beim Abkühlen zu vermeiden) ganz zu schweigen. Der Prozess braucht deutlich niedrigere Temperaturen im Hochvakuum, aber dann muss man das Produktgas ziemlich mühsam komprimieren.
Um 1600°C herum funktioniert
Schmelzflusselektrolyse. Die hat den Vorteil dass sie auch alles "schluckt" und man dazu auch die Metalle relativ gut separiert bekommt. Problem ist die Haltbarkeit der Elektroden, die immer wieder ersetzt werden müssen aka von der Erde gebracht werden müssen. Und ich bin mir auch nicht sicher inwieweit das überall vorkommende Troilit (FeS) da störend reinpfuschten würde.
Von der ESA favorisiert ist der Prozess der
Elektrolyse in geschmolzenem Salz (CaCl2) bei um die 900°C. Auch hier wird der gesamte Regolith reduziert bei einer gut handhabbaren Temperatur. Auf der Erde wird der Prozess (zur Titan Herstellung) mit Carbon-Anode gemacht die sich selbst verbraucht da sie mit dem Sauerstoff zu CO2 reagiert. Auf dem Mond bräuchte man eine Anode zB aus Zinnoxid mit diversen Zusätzen. Ein grosses Problem hier ist die vollständige Trennung des verbrauchten (praktisch metallischen!) Regoliths vom Salz. Sonst müsste man auch ständig Salz von der Erde nachliefern. Und, again, der Schwefel aus dem Troilit. Ich glaube den hat kaum jemand bisher auf dem Radar, weil der in den Mondstaubsimulaten nicht vorkommt.
Der "einfachste" Prozess ist die
Ilmenit-Reduktion mit Wasserstoff bei um die 950°C:
FeTiO3 + H2 + Hitze => Fe + TiO2 + H2O
(Das habe ich mit konzentrierter Solarenergie in meiner Doktorarbeit(*) gemacht

)
Das dabei entstehende Wasser wird elektrolysiert um den Wasserstoff zurück zu gewinnen.
Bei der Temperatur ist der Regolith noch fest, geht man höher fängt er an zu sintern. Sieht ziemlich cool aus, so ein ziemlich bröseliger "Stein" (hat eher die Konsistenz von feuchtem Sand einer Sandburg) mit ein paar Löchern drin wo die heisse "Pseudo-Lava" (fluidisierte,
feste Partikel!) orange-glühend durchspritzt. (Der grüne Punkt ist von einem Laser.)
Der Nachteil von dem Prozess ist, dass er nur mit Eisenoxid, also Ilmenit funktioniert und deshalb zum einen einen hohen Durchsatz benötigt (nur 10% der Ilmenitmasse gehen in den Produktsauerstoff, und wenn der Regolith zB 20% Ilmenit enthält, dann sind es nur noch 2%), und zum andern dass es das Ilmenit in nennenswerten Konzentrationen nur in Mare Gebieten gibt (da wo der Mond dunkel ist!). Vorteil ist dass es eigentlich keine erkennbaren Show-Stopper gibt. Zwar ist das Zwischenprodukt Wasser auch alles andere als hochrein, aber es sind Methoden denkbar mit denen man das hinbekommen kann, ohne Wasserstoff an die Umgebung zu verlieren. Ganz ohne Wasserstoffverluste dürfte es nicht gehen, aber die geringen Mengen aus dem Sonnenwind reichen möglicherweise zur Kompensation aus.
Was meiner Meinung nach eine schöne Aufgabe für Astronauten auf einer Mondbasis wäre, ist alle diese Prozesse mit Originalmaterial unter Originalschwerkraft zu testen. Dann zeigt sich wo der Hase im Pfeffer liegt und welches die praktikabelste Methode ist.
(*) Meine Doktorarbeit ist möglicherweise die letzte Arbeit im 21. Jahrhundert von der "alten Sorte", wo es noch um das Thema und die Ergebnisse geht, und überhaupt nicht um die Aufhübschung des Lebenslaufs. Wer sie lesen will (ist auf englisch), hier:
An experimental plant for the reduction of granular ilmenite (FeTiO3) with hydrogen (H2) powered by concentrated solar radiation was designed, built, and tested to demonstrate extraction of oxygen from lunar soil at the Plataforma Solar de Almería (PSA). This is done by a two-step process with...
idus.us.es
Viel Spass!
Mondige Grüsse vom MittelMeerDobservatorio
Thorsten