Mars sam utwardzi nam domy. Naukowcy chcą budować je z drożdży

Mars zwykle jest przedstawiany jako koszmar dla budowniczego: zimno, niemal próżnia, promieniowanie i brak fabryki materiałów budowlanych. Naukowcy z Hongkongu opracowali jednak materiał z drożdży, żelatyny i mineralnego kruszywa, który można drukować w 3D, a niska temperatura i niskie ciśnienie zamiast przeszkadzać, pomagają go wysuszyć i utwardzić.

Pomysł zespołu z Hong Kong University of Science and Technology wyrósł tak naprawdę z bardzo ziemskiej obserwacji. Liofilizowana żywność staje się sucha, lekka i sztywna, ponieważ woda jest z niej usuwana w niskiej temperaturze i przy obniżonym ciśnieniu. Mars oferuje podobne warunki właściwie za darmo.

Badacze przygotowali więc masę nadającą się do druku 3D, a następnie sprawdzili ją przy temperaturze około -30 st. C i ciśnieniu 0,01 atmosfery. Po wyciśnięciu materiału przez dyszę znajdująca się w nim woda zamarza, a następnie przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego w parę. To właśnie sublimacja, czyli najistotniejszy etap liofilizacji.

W efekcie powstaje porowata, lekka struktura przypominająca piankę. Zamiast wozić na Marsa ogromny piec do wypalania cegieł albo topić regolit w wysokiej temperaturze, część procesu technologicznego można więc oprzeć na warunkach, które na Czerwonej Planecie i tak już panują.

Sam mróz oczywiście nie wystarczy. Materiał jest kompozytem, w którym ziarna mineralne tworzą szkielet, a biologiczne składniki pełnią funkcję spoiwa. Naukowcy wykorzystali żelatynę oraz zmodyfikowane drożdże. Na powierzchni ich komórek znajdują się bardzo przyczepne białka, w tym podobne do tych, których małże używają do mocnego przyklejania się do skał. Ich zadaniem jest poprawienie zespolenia poszczególnych składników.

Żelatyna tworzy z kolei środowisko, w którym komórki mogą funkcjonować i dodatkowo wiąże ziarna kruszywa. Docelowo znaczną część części mineralnej miałyby stanowić skały lub regolit dostępne już na Marsie. To szalenie ważne, bo w każdej koncepcji budowy stałej bazy wraca ten sam problem: im więcej ton materiału trzeba przywieźć z Ziemi, tym droższa i bardziej skomplikowana staje się cała operacja.

Właśnie dlatego powstają też pomysły przetwarzania regolitu bezpośrednio na miejscu. W przypadku Księżyca badane są m.in. metody spiekania i drukowania struktur z lokalnego pyłu. Tutaj zamiast ogromnej ilości ciepła pojawia się biologiczne spoiwo i naturalne warunki planety.

Chyba najciekawsza w tym wszystkim jest wartość osiągnięta przez gotowy materiał. Jego wytrzymałość na ściskanie wyniosła około 10-12 MPa. To poziom porównywalny ze słabszymi odmianami betonu. Nie oznacza to oczywiście, że już za chwilę będzie można wydrukować na Marsie blok mieszkalny niczym molochy z wielkiej płyty. Pokazuje jednak, że nie mamy do czynienia z miękką biologiczną pianką, którą można rozgnieść ręką. Według Jishena Qiu taki materiał na Ziemi miałby wystarczającą wytrzymałość dla niewielkich konstrukcji, a na Marsie sytuację dodatkowo ułatwia grawitacja wynosząca około 38 proc. ziemskiej.

Na razie skala eksperymentu mocno sprowadza jednak całą wizję na ziemię. Największe demonstracyjne konstrukcje były małymi kopułami mającymi około 45 mm wysokości i 30 mm szerokości. To mniej więcej gabaryty korka od wina, a nie pokoju dla astronauty.

Pomiędzy wydrukowaniem takiej próbki a budową kilkumetrowego habitatu leży jeszcze oczywiście ogromny kawałek inżynierii: kontrola jakości materiału, prowadzenie wielkoskalowego druku, szczelność, izolacja, odporność na promieniowanie i ogromne różnice temperatur oraz zachowanie konstrukcji przez lata.

Żywy materiał ma jeszcze jedną zaletę. Jego autorzy chcą, aby zamiast tworzyć jednorazowy budulec, dało się odzyskać biologiczne składniki po rozebraniu konstrukcji. W teorii wystarczyłaby część żywych komórek drożdży, żeby ponownie namnożyć je w bioreaktorze i przygotować kolejną partię materiału. Zużyty element mógłby zostać rozdrobniony, przetworzony i ponownie trafić do systemu produkcyjnego.

To podejście przypomina bardziej hodowanie materiałów niż klasyczne mieszanie cementu. Podobny kierunek pojawił się już w projekcie budynków z grzybni i celulozy bakteryjnej przeznaczonych dla Marsa i Księżyca. Nowa praca różni się jednak tym, że materiał został już wydrukowany i utwardzony w komorze odtwarzającej jednocześnie niską temperaturę oraz bardzo małe ciśnienie.

Przeczytaj także:

Drożdże coraz częściej pojawiają się zresztą również w ziemskiej architekturze. Na Spider’s Web opisywaliśmy niedawno materiał drukowany w 3D z wykorzystaniem drożdży do elementów wyposażenia wnętrz. Marsjański projekt przesuwa ten pomysł znacznie dalej, bo tutaj organizmy miałyby współtworzyć materiał konstrukcyjny.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI