Marsjańskie domy z błota i drożdży. Ten materiał jest żywy i wytrzymuje 12 MPa

Kopuła o średnicy 30 mm wydrukowana z marsjańskiego błota. Wytrzymuje nacisk 12 MPa - tyle, co ziemski beton niskiej klasy. Fot. NASA/JPL-Caltech/MSSS, Wikimedia Commons, Public domain

Mars to środowisko skrajnie wrogie dla ziemskich materiałów budowlanych. W próżni, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i przy temperaturze spadającej do -30 °C beton, stal czy tworzywa sztuczne szybko by uległy degradacji. Zespół z Uniwersytetu w Hongkongu znalazł rozwiązanie bliższe garncarstwu niż inżynierii kosmicznej: domy z marsjańskiego błota.

Dlaczego budowanie na Marsie to koszmar inżyniera

→ Czytaj też: Gdzie wyrośnie kryształ? Naukowcy właśnie nauczyli się dyktować naturze, gdzie ma zacząć

Transport tony materiału budowlanego na Czerwoną Planetę jest horrendalnie drogi. Od lat inżynierowie marzą więc o ISRU - wykorzystaniu zasobów dostępnych na miejscu. Tyle że marsjański regolit wymaga do przetopienia w beton siarkowy temperatur rzędu 120 °C. Generowanie takiej energii na miejscu obciążałoby każdą misję.

Ziemskie tworzywa - od kompozytów po smary - w prawie-próżni uwalniają uwięzione gazy i lotne związki. Intensywne promieniowanie UV rozrywa wiązania w polimerach organicznych. Dobowe wahania temperatur wywołują naprężenia kruszące stal konstrukcyjną i rozszczelniające połączenia. Nawet beton, niezawodny na Ziemi, trudno byłoby przygotować, bo woda potrzebna do jego wiązania natychmiast by zawrzała lub zamarzła.

Przepis na marsjański beton: piasek, żelatyna i żywe drożdże

→ Czytaj też: Taśma cztery razy mocniejsza od duct tape? Nowy superklej znika na żądanie

Naukowcy z Hongkongu postawili na trzy składniki: zmieloną marsjańską skałę, żelatynę oraz żywą kulturę drożdży pokrytą wysoce adhezyjnymi białkami. Całość zmieszano w proporcjach opisanych w pracy opublikowanej w Chem Circularity. Żelatyna spaja granulki regolitu i tworzy rusztowanie dla komórek drożdży, a piasek nadaje masę i strukturę.

Mieszanina po wyciśnięciu z dyszy drukarki 3D trafia w symulowane warunki marsjańskie: -30 °C i ciśnienie 0,01 atmosfery. Tam błyskawicznie ulega liofilizacji - woda paruje, pozostawiając mikroskopijne pory. Powstaje materiał lekki, porowaty, o wytrzymałości na ściskanie od 10 do 12 megapaskali.

„To właściwie wystarczająco mocne, by postawić na Ziemi jedno- lub dwupiętrowy budynek, gdzie grawitacja jest trzykrotnie większa niż na Marsie” - podkreśla Jishen Qiu, główny autor badania i inżynier budownictwa z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu.

Wytrzymałość 12 MPa i drugie życie w bioreaktorze

10-12 MPa to wartość charakterystyczna dla betonu niskiej klasy, stosowanego w podkładach i chodnikach. Na Marsie, z jego słabszym przyciąganiem, ta sama wytrzymałość pozwala myśleć o konstrukcjach znacznie wyższych. Zespół wydrukował na razie tylko miniaturowe kopuły - 45 mm wysokości i 30 mm średnicy, rozmiarem przypominające korek od wina - ale dowiódł zasady działania.

Największym atutem „żywego” materiału jest jego zdolność do recyklingu. Drożdże nie tylko pomagają w produkcji, lecz także umożliwiają powtórne wykorzystanie surowca. Rozebrane elementy można umieścić w bioreaktorze, gdzie komórki grzyba namnażają się ponownie, dostarczając wsadu do kolejnego cyklu drukowania. To radykalnie zmniejsza ilość materiałów potrzebnych do transportu z Ziemi.

Czy same drożdże przeżyją mróz i promieniowanie? Badacze na tym etapie jeszcze tego nie wiedzą. Wiedzą jednak, że cały proces odbywa się bez podgrzewania, co odróżnia go od energochłonnych alternatyw, takich jak beton siarkowy. W ubiegłym roku inny zespół zaprezentował Starcrete - cegłę z mąki ziemniaczanej i regolitu o wytrzymałości 72 MPa. Receptura z Hongkongu jest słabsza, ale jej przewagą pozostaje płynna forma do druku 3D i pełna biodegradowalność.

Czego jeszcze brakuje, by wydrukować osiedle?

Marsjańskie domy z błota wciąż wymagają przywiezienia z Ziemi żelatyny i starterowej kultury drożdży. W planach misji to setki ton ładunku. Równocześnie NASA testuje eksperymentalny silnik jonowy o mocy 25 razy większej od dotychczasowych, co może radykalnie obniżyć koszt transportu międzyplanetarnego. Worki żelatyny i kanistry z drożdżami przestaną wtedy być logistycznym koszmarem.

Zespół Qiu udowodnił, że z regolitu, organicznego kleju i grzybów można wydrukować struktury trzymające ciężar kilku pięter - bez grama cementu i bez pieca hutniczego. To krok w stronę architektury, która nie tylko powstaje na miejscu, ale też potrafi się samodzielnie regenerować. Albo przynajmniej zostać skonsumowana przez następne pokolenie drożdży.