Інженери створили матеріал для будівництва споруд на Марсі з неочікуваних інгредієнтів

Рецепт марсіанського будинку

Більшість проєктів марсіанських осель передбачає розігрів ґрунту до температури понад 1000 градусів Цельсія, щоб спікати подрібнену породу у міцні блоки. Однак для роботи такої печі потрібна колосальна кількість енергії, якої на Червоній планеті на перших етапах не буде. Команда науковців з Гонконгського університету науки і технологій та Гонконгського політехнічного університету знайшла альтернативне рішення й опублікувала своє дослідження в Chem Circularity.

Інженери замінили енергозатратне випалювання використанням суміші з піску, желатину та живих дріжджів. Замість високотемпературних печей процес затвердіння забезпечує екстремальний марсіанський холод через процес сублімації.

Моє натхнення прийшло від сублімованих фруктів, які стають твердішими,
– каже Джішен Цю, інженер-будівельник з Гонконгського університету науки і технологій.

Як модифіковані дріжджі підсилюють міцність

Основою будівельної суміші є звичайний пісок, а клейкий шар утворюють желатин і клітини пекарських дріжджів Saccharomyces cerevisiae. Науковці генетично модифікували дріжджі, додавши їм здатність виробляти липкі білки, подібні до тих, за допомогою яких мідії кріпляться до вологих скель.

Під час друку суміш виходить із сопла за температури 37 градусів Цельсія. Після цього у спеціальній камері за температури мінус 30 градусів Цельсія та тиску 0,01 атмосфери вода в матеріалі замерзає й одразу випаровується, минаючи рідку фазу. У результаті утворюється міцний пористий каркас. Отримані мікроскопічні порожнини розміром близько 5 мікрометрів суттєво зменшують вагу конструкції без втрати міцності.

Завдяки білкам модифікованих дріжджів міцність матеріалу на стиск зросла на 170 відсотків порівняно з аналогами без біологічних клітин. У випробуваннях матеріал досяг середньої міцності на стиск у 12 мегапаскалів, що відповідає низькомаркованому бетону, а міцність на вигин склала 6 мегапаскалів.

Цього насправді достатньо для будівництва одно- або двоповерхової будівлі на Землі, де гравітація втричі вища за марсіанську. Тож на Марсі з цього матеріалу можна легко зводити багатоповерхові будинки,
– додає Джішен Цю.

Переваги в енергоефективності та повторне використання

Головною перевагою нового біоматеріалу є мінімальне енергоспоживання. На виготовлення одного кубічного метра матеріалу витрачається від 0,02 – 0,12 гігаджоулів енергії, що у десятки разів менше, ніж потрібно для випалювання породи. Сонячна батарея, якій знадобилося б кілька днів для спікання аналогічного об'єму марсіанського ґрунту, дає змогу виготовити цей матеріал менш ніж за одну годину.

Крім того, випробувальні блоки успішно пройшли чотири цикли переробки: їх подрібнювали, підігрівали для розчинення желатину та заморожували знову. Навіть у цеглинах четвертого покоління міцність збереглася на рівні 11,8 мегапаскалів, а дріжджі всередині залишалися живими. Дослідники зазначають, що навіть якщо збережеться хоча б одна жива клітина, дріжджі можна виростити знову для наступного будівництва.

Які виклики залишаються попереду

Попри вражаючі результати, технологія має певні обмеження, які науковцям ще належить подолати. Для виготовлення одного кубічного метра матеріалу потрібно доставити із Землі близько 20 кілограмів інгредієнтів, зокрема желатин. Крім того, випробування проводили на звичайному піску, а не на реальному марсіанському реголіті, солі якого можуть виявитися токсичними для мікроорганізмів.

Найближчим часом автори дослідження планують перевірити стійкість модифікованих дріжджів до космічної радіації та поведінку матеріалу у розширеній тестовій камері з зімітованою зниженою гравітацією Марса.