Naukowcy znaleźli potencjalny materiał do budowy na Marsie

Reklama

pon., 09/28/2020 - 12:16 -- MagdalenaL

Miłośnicy kosmosu, którzy marzą o kolonizacji Marsa, muszą zmierzyć się z surową rzeczywistością ograniczonych zasobów naturalnych czerwonej planety, szczególnie jeśli chodzi o materiały budowlane. Zespół naukowców z Uniwersytetu Technologi i Architektury w Singapurze odkrył, że przy użyciu prostej chemii, organiczna polimerowa chityna, zawarta w egzoszkieletach owadów i skorupiaków, może być łatwo przekształcona w żywy materiał budowlany. Proces potrzebuje tylko minimalnej energii i nie wymaga transportu specjalistycznego sprzętu. Naukowcy opisali swoje eksperymenty w artykule opublikowanym w czasopiśmie "PLOS One".

"Technologia została pierwotnie opracowana w celu tworzenia ekosystemów cyrkulacyjnych w środowiskach miejskich", powiedział współautor Javier Fernandez. "Ale ze względu na swoją wydajność jest to również najbardziej opłacalna i łatwo skalowalna metoda produkcji materiałów w zamkniętym, sztucznym ekosystemie, w niezwykle rzadkim środowisku martwej planety lub satelity."

Jak już wcześniej informowaliśmy, NASA ogłosiła ambitny plan powrotu amerykańskich astronautów na Księżyc i utworzenia tam stałej bazy. Pojawiły się też plany późniejszych misji na Marsa. Nauka o materiałach będzie miała kluczowe znaczenie dla powodzenia programu Artemis Moon, szczególnie jeśli chodzi o materiały potrzebne do zbudowania funkcjonującej bazy księżycowej (lub marsjańskiej). Dla przykładu, beton wymaga dużej ilości wody, która raczej nie występuje na Księżycu i Marsie. A koszty transportu byłyby zbyt wysokie. NASA szacuje, że wyniesienie 1 funta materiałów na orbitę kosztuje 10000$.

W związku z tym, wiele uwagi poświęcono możliwości wykorzystania materiałów istniejących na samym Księżycu do budowy bazy księżycowej. Wcześniejsze propozycje zakładały użycie drukowania 3D z cementem Sorela, który wymaga znacznych ilości chemikaliów i wody oraz skalistego materiału, który potrzebuje wody i kwasu fosforowego jako płynnego spoiwa. W marcu, badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespołu naukowców zasugerowało, że astronauci zakładający bazę na Księżycu mogliby wykorzystać mocznik w moczu jako plastyfikator do stworzenia przypominającego beton materiału budowlanego z księżycowej gleby.

Podobnie jak na Księżycu, każdy plan założenia bazy nadającej się do zamieszkania na Marsie musi opierać się o technologie produkcyjne wykorzystujące regolit Czerwonej Planety. Ale autorzy nowego artykułu zwracają uwagę, że większość naziemnych strategii produkcyjnych, które mogłyby potencjalnie działać, wymaga specjalistycznego sprzętu i ogromnej ilości energii. Jednakże, "w naturze możemy zobaczyć przykłady życia przystosowującego się do nieprzyjaznych warunków" napisali autorzy. "W organizmach biologicznych sztywne struktury powstają poprzez integrację nieorganicznego wypełniacza pochodzącego ze środowiska, przy niskich kosztach energii (np. węglan wapnia). Jest on potem włączany do matrycy organicznej (np. chityny) wytwarzanej przy stosunkowo wysokich kosztach metabolicznych."

Fernandez i jego koledzy utrzymują, że chityna prawdopodobnie będzie częścią każdego planowanego sztucznego ekosystemu, ponieważ jest tak obfita w przyrodzie. Jest podstawowym składnikiem łusek ryb i ścian komórkowych grzybów, a także egzoszkieletów skorupiaków i owadów. Owady już teraz są brane pod uwagę jako kluczowe źródło białka dla ewentualnej bazy marsjańskiej. A ponieważ chitynowy pancerz owadów ma ograniczoną wartość odżywczą dla ludzi, ekstrakcja go do produkcji materiałów budowlanych "nie utrudnia ani nie konkuruje z dostawami żywności", napisali autorzy. "Jest to raczej produkt uboczny."

W swoich eksperymentach naukowcy oparli się o dość prostą chemie. Pobrali chitozan, wytwarzany przez krewetki, rozpuścili go w kwasie octowym—powszechnym produkcie ubocznym zarówno fermentacji tlenowej, jak i beztlenowej - i połączyli go z mineralnym odpowiednikiem marsjańskiej gleby, aby stworzyć chitynowy materiał  budowlany. Testowali jego właściwości, tworząc z niego różne przedmioty, np. klucz, który testowali, dokręcając sześciokątną śrubę. Pomimo tego że chitynowe narzędzia raczej nie zastąpią stalowych, klucz nadal mógł być użyty do małych, codziennych zadań.

Następnie zespół próbował uformować materiał w różne kształty geometryczne, aby zbadać jego potencjał jako materiał budowlany. Budowali m.in. cylindry, sześciany, obiekty o zaokrąglonych i kanciastych kształtach, a nawet małą humanoidalną figurę. Naukowcy wykazali również, że biolit może być użyty jako prowizoryczna zaprawa do skutecznego zatkania małego otworu w rurze. Rura wytrzymała kilka tygodni bez wycieku. W końcu zbudowali pełny, drukowany w 3D, model jednego możliwego projektu marsjańskiego siedliska; ukończenie go zajęło niecałe dwie godziny. Naukowcy doszli do wniosku, że ich wyniki wykazały potencjał takich rozwiązań opierających się na "zamkniętej pętli, zero odpadów" na Marsie.

"Fabrykacja opierająca się o procesy naturalne i zrównoważone materiały nie zastąpi tradycyjnych syntetycznych polimerów, ale pozwala na kompletnie nowe możliwości, które nie są możliwe dla ich syntetycznych odpowiedników.", powiedział Fernandez. "Pokazaliśmy, że są one kluczowe nie tylko dla naszego zrównoważonego rozwoju na Ziemi, ale także dla jednego z kolejnych największych osiągnięć ludzkości: naszej transformacji w gatunek międzyplanetarny."

Autor: 
Jeniffer Douellette (tłum. Mateusz Basiak)
Dział: 

Reklama