Новый метод: ученые предлагают строить жилые дома на Марсе с использованием дрожжей

Специалисты создали строительный биоматериал для использования на Марсе, объединив песок, желатин и дрожжи. В условиях, имитирующих марсианскую атмосферу, была проведена успешная проверка данного материала. Использование данной смеси позволило снизить энергозатраты по сравнению с традиционными методами обработки местного грунта путем нагрева.

Организация обитаемых баз на Марсе представляет собой серьезную задачу. Транспортировка обычных строительных материалов с Земли является крайне дорогостоящим мероприятием из-за существующих ограничений на вес, доставляемый ракетами. В связи с этим инженерам необходимо использовать ресурсы, доступные непосредственно на месте, в первую очередь – каменистый реголит.

В предыдущих исследованиях предлагалось расплавлять марсианскую пыль или обжигать ее для изготовления кирпичей при температуре, превышающей 1000 градусов Цельсия. Такой подход требует применения сложного оборудования и значительных энергетических затрат, которых на другой планете практически нет. Возникла необходимость поиска альтернативных методов строительства в условиях низких температур.

Биологи уже некоторое время рассматривают возможность использования живых организмов для решения этой задачи. Микроорганизмы могут функционировать как микроскопические производственные мощности и скреплять породу при относительно невысоких температурах. До настоящего времени не проводилось точных испытаний, чтобы определить, сможет ли такая смесь затвердеть и сохранить свою прочность в условиях марсианского холода и экстремально низкого давления.

Читать также:  Цветные фотографии Нью-Йорка столетней давности появились вновь

Группа специалистов, объединивших усилия биологов и инженеров, поставила перед собой задачу разработки биобетона на основе имитации марсианского грунта, избегая при этом значительного нагрева. Итоговые данные исследования опубликовали в журнале Chem Circularity.

Основой для создания материала послужило смешение песка с жидким клеем, полученным из свиного желатина, и генетически модифицированных дрожжей пекарного типа. Эти последние были сконструированы таким образом, чтобы они выделяли липкие белковые соединения, структура которых напоминает те, что обеспечивают прочное прикрепление морских мидий к скальным поверхностям.

Далее исследователи поместили полученную смесь в вакуумную камеру и выдавили ее через сопло 3D-принтера, создавая условия, имитирующие климатические особенности другой планеты: давление было снижено до одной сотой от земного, а температура опустилась до -30 °C. В процессе формирования материала вода, присутствующая в смеси, сразу переходила из твердого состояния в пар, минуя жидную фазу. Это приводило к образованию жесткой и пористой структуры.

Читать также:  Электрический самолет из Великобритании побил мировой рекорд скорости

Проведенные физические испытания подтвердили высокие механические характеристики небольших напечатанных образцов. Сухой материал демонстрировал способность выдерживать давление от 10 до 12 мегапаскалей, что является показателем, сопоставимым с характеристиками обычного бетона. Математическое моделирование позволило установить, что для создания одного кубического метра данного биоматериала требуется от 0,02 до 0,12 гигаджоулей тепловой энергии – это в десятки раз меньше энергозатрат, характерных для традиционных печей, используемых при обжиге грунта.

В ходе эксперимента исследователи подвергли напечатанные элементы разрушению под давлением, после чего вновь смешали полученный порошок с водой. Микроскопические организмы, содержащиеся в застывшем песке, не пострадали от низких температур и отсутствия атмосферы, а лишь перешли в состояние покоя. После добавления воды к пылеобразному материалу, эти микроорганизмы активизировались и начали вырабатывать естественный связующий компонент. В результате материал успешно выдержал четыре этапа повторной обработки без заметной потери своих механических свойств. Вместе с тем остается неясным, как долго жизнеспособность этих организмов сможет поддерживаться в условиях интенсивного воздействия марсианской радиации и значительных колебаний температур на протяжении длительного периода времени.

Читать также:  На АЭС "Фукусима-1" стартовала работа по изъятию пробы расплавленного ядерного топлива

Авторы научной работы пришли к заключению о том, что технология трехмерной печати с использованием биологических материалов эффективно функционирует в условиях пониженного давления и низких температур. При этом для создания смеси требовались животный желатин и питательные вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, завезенных с Земли. Стоит отметить, что полученный материал имеет пористую структуру, что не позволяет ему удерживать кислород и поддерживать атмосферное давление внутри потенциального жилого помещения; поэтому в конструкции стен потребуется предусмотреть герметичные мембраны.

Ученые представили новаторский метод строительства сооружений в условиях экстремально низких температур и вакуума. Мицелий грибов и животный белок позволили заменить энергоемкие печи. В дальнейшем планируется полностью отказаться от использования компонентов животного происхождения, переложив эту функцию на микроорганизмы.