Leven op Mars een kleine stap dichterbij met theoretisch onderzoek naar bouwmaterialen

Voor een ieder die droomt over een toekomst op Mars is er goed nieuws. Chinese onderzoekers werken aan een materiaal dat lokale Marsgrond als belangrijkste grondstof gebruikt om als bouwmateriaal te fungeren. Genetisch aangepaste gist maakt daarbij kleverige eiwitten die losse bodemdeeltjes aan elkaar binden. Het mengsel kan vervolgens met een 3D-printer tot constructies worden gevormd.

De onderzoekers pasten de gistsoort Saccharomyces cerevisiae, in de volksmond beter bekend als ‘bakkergist’, zo aan dat deze zeer sterk hechtende eiwitten produceert. Een van die eiwitten is geïnspireerd op de manier waarop mosselen zich stevig aan bijvoorbeeld stenen kunnen vasthechten.

Door deze eiwitten met bodemmateriaal en gelatine te mengen, ontstaat een dikke, vervormbare massa. De gelatine vormt een hydrogel, terwijl de grond voor het grootste deel van het volume zorgt. De massa is vloeibaar genoeg om door de spuitmond van een 3D-printer te worden geperst, maar kan daarna zijn geprinte vorm behouden.

Vriesdrogen

De omstandigheden op Mars zijn derhalve niet alleen een probleem, maar ook onderdeel van het productieproces. De planeet heeft een zeer ijle atmosfeer en een gemiddelde temperatuur van ongeveer -53 graden Celsius. Water in het geprinte materiaal zou daardoor eerst bevriezen en vervolgens rechtstreeks van ijs in waterdamp overgaan. In feite wordt het materiaal zo gevriesdroogd. Wat overblijft is een lichte, poreuze structuur waarin bodemdeeltjes, gelatine en de door gist geproduceerde eiwitten met elkaar verbonden zijn.

In laboratoriumproeven bereikte het materiaal een druksterkte van ongeveer 12 MPa en een buigsterkte van 6 MPa. Daarmee komt het volgens de onderzoekers in de buurt van sommige lichte betonsoorten met een relatief lage sterkte. Het materiaal kan bovendien weer worden afgebroken en opnieuw worden gebruikt.

Minder materiaal meenemen

Het achterliggende idee is om zoveel mogelijk materialen te gebruiken die lokaal beschikbaar zijn. Iedere kilogram bouwmateriaal die niet vanaf aarde hoeft te worden gelanceerd, scheelt immers transportmassa. In theorie zouden astronauten of robots daarom vooral de biologische uitgangsmaterialen en productieapparatuur hoeven mee te nemen (en misschien een chocoladereep met caramelvulling). Lokale bodem levert vervolgens het grootste deel van het bouwmateriaal. Met een grote robotische 3D-printer zouden daar bijvoorbeeld beschermende constructies mee kunnen worden gemaakt.

Voor de experimenten gebruikten de onderzoekers zand als vervanger van Marsregoliet. Echte Marsbodem heeft een andere samenstelling en bevat onder meer perchloraten. Het is nog onbekend hoe die stoffen de gist, eiwitten en uiteindelijke materiaaleigenschappen beïnvloeden. Ook de gelatine vormt nog een praktisch probleem. De onderzoekers hebben een versie zonder gelatine getest, maar die bleek minder goed te presteren. Voor een grotendeels lokaal geproduceerd bouwmateriaal zijn daarom nog betere biologische bindmiddelen nodig.