Zaledwie odrobina piasku, żelatyny oraz zmodyfikowanych drożdży po liofilizacji już daje wytrzymałość na ściskanie porównywalną z niskiej klasy betonem – aczkolwiek wciąż pozostaje to betonem. Naukowcy dążą teraz do zastosowania tej technologii do druku 3D na Marsie, choć dotychczas udało im się wyprodukować jedynie prototypy wielkości korka do wina.
Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu opracowali nowatorski materiał budowlany, w którego utwardzaniu wykorzystywane są składniki, które zazwyczaj utrudniają proces budowy. Tworzywo to opiera się na połączeniu ziaren mineralnych z biologicznym spoiwem oraz wykorzystaniu mrozu i niskiego ciśnienia do usunięcia wody. Wyniki tych badań zostały już opublikowane w czasopiśmie Chem Circularity, a jak na razie jest to jedynie demonstrator, który pozwala ocenić potencjał receptury oraz możliwość drukowania małych konstrukcji.
Od drożdży do ziaren piasku
Surowiec w formie ziaren, takich jak piasek, zapewnia odpowiednią masę i strukturę, ale do utrzymania kształtu wymaga skutecznego kleju (szczególnie w warunkach marsjańskich). Na Marsie użycie tradycyjnych materiałów budowlanych nie jest proste. W recepturze zastosowano odpowiednie ilości żelatyny oraz zmodyfikowanych drożdży, na powierzchni których rozwijają się silnie przyczepne białka. Niektóre z tych białek inspirowane są rozwiązaniami znanymi z organizmów morskich, takich jak małże, które potrafią przylegać do skał pod wodą. Biologia często stanowi doskonałe źródło inspiracji dla naukowców.
Jaką rolę odgrywa żelatyna? Stanowi ona spoiwo, które łączy składniki oraz zapewnia komórkom środowisko sprzyjające wzrostowi. Dzięki temu lokalne ziarna piasku mogłyby zastąpić materiały transportowane z Ziemi, co jest nie tylko kosztowne, ale i logistycznie skomplikowane. Na Marsie liczy się każdy zaoszczędzony kilogram.
Badacze inspiracje czerpali także z natury. Na przykład, owoce po liofilizacji stają się twardsze. Proces ten polega na suszeniu zamrożonego materiału w niskim ciśnieniu, co powoduje sublimację lodu na parę wodną, omijając stan ciekły. Wilgotna masa przechodzi przez dyszę drukarki 3D, a następnie zamarza i traci wodę, tworząc materialne struktury z mikroskopijnymi porami, co sprawia, że gotowy produkt przypomina lekką, sztywną piankę. Na Ziemi konieczne są zaawansowane urządzenia do wytworzenia takich specyficznych warunków, natomiast marsjańskie środowisko może naturalnie dostarczyć części z nich.
Nie przypomina szklanych domów
A tak czasem wyobrażano sobie nasze życie na Marsie. Rzeczywistość obecnie jest nieco bardziej przyziemna i mniej spektakularna. Dotychczasowe prototypy mają jedynie 45 mm wysokości i 30 mm szerokości, co oznacza, że są to niewielkie konstrukcje – porównywalne z końcówką małego palca. Testy druku przeprowadzono w temperaturze -30°C i ciśnieniu około 1 kPa, co odpowiada około 1/100 ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza. Materiał osiągnął wytrzymałość na ściskanie wynoszącą 10-12 MPa, co odpowiada wytrzymałości niskiej klasy betonu. Jednak ten parametr opisuje jedynie odporność na zgniatanie i nie świadczy o ogólnej wytrzymałości budowli.
Naukowcy zauważają, że taka wytrzymałość wystarczyłaby do wzniesienia na Ziemi budynku o jednej lub dwóch kondygnacjach. Przy słabszej grawitacji na Marsie możliwe byłoby także budowanie konstrukcji wielokondygnacyjnych. Mniejsza masa własna, za sprawą słabszej grawitacji, nie rozwiązuje jednak wszystkich problemów. Ważne jest, aby sprawdzić szczelność konstrukcji oraz jej odporność na promieniowanie. Nie wiemy na razie, czy taki porowaty materiał w ogóle zapewni odpowiednią ochronę. Można przypuszczać, że nie podoła temu zadaniu samodzielnie.
Energia na Marsie ma kluczowe znaczenie
Autorzy badania zwracają uwagę na kolejny istotny aspekt: nie ma potrzeby podgrzewania mineralnego surowca do bardzo wysokich temperatur, aby proces spajania przebiegł pomyślnie. Część konkurencyjnych metod budowy na Księżycu czy Marsie wymaga bowiem technologii, które są niezwykle energochłonne. Biorąc pod uwagę niskie temperatury panujące na Marsie, warunki mrozu i niskiego ciśnienia mogą być wykorzystane, aby uzyskać trwały materiał bez kosztownego procesu energetycznego. Potencjalne oszczędności są nie zbiedne, biorąc pod uwagę wyzwania związane z budowaniem baz na Marsie. Osoby przybywające na tę planetę będą musiały stawić czoła problemom z pozyskiwaniem energii. Niemniej jednak: same drukarki i procesy wspierające wzrost drożdży również będą potrzebować energii, choć w mniejszych ilościach niż generowanie ciepła.
Czytaj również: Sensacja na Marsie. Wykryto gigantyczną anomalię
Użycie biologicznego spoiwa otwiera również możliwości recyklingu niepotrzebnych elementów budowlanych. Odzyskane żywe drożdże mogłyby być namnażane w bioreaktorach i wykorzystywane w kolejnych budowach. Nie mamy jednak pewności, czy zastosowane mikroorganizmy przetrwają w trudnych warunkach marsjańskich. Istotne pytanie brzmi, czy uda się osiągnąć złożoną skalę druku 3D na tyle, aby stworzyć dom, nawet jeśli miałby przypominać nieco brzydkie gniazdo os. Zdecydowanie lepszy taki dom niż żaden, szczególnie w tak nieprzyjaznym otoczeniu, jakim jest marsjańska powierzchnia.